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人工骨移植材料是具有巨大潜力替代传统自体骨和同种异体骨的治疗骨缺损(尤其是大段骨缺损)的移植材料。但遗憾的是,人工骨移植材料植入部位血管化能力薄弱的问题致使其在临床上的应用严重受限。目前,通过植入材料激活宿主自身的血管化信号已作为一种新兴策略在再生医学领域受到关注。研究表明:当受到刺激(如损伤、缺氧、缺血和趋化因子作用等)时,宿主的内皮祖细胞(Endothelial progenitor cells,EPCs)会被招募至发出信号的部位而最终促进血管化和组织修复(如骨折的自我修复)。本论文的研究内容是将WKYMVm和YIGSR两种多肽同时结合在静电纺丝聚己内酯(poly-ε-caprolactone,PCL)/聚卡普隆(poliglecaprone,PGC)复合纳米纤维表面,从而构建招募宿主EPCs的人工骨移植材料,并系统地评估其对原位血管化和骨组织再生的作用。主要研究内容和结果包括如下三个部分:(1)构建了表面同时结合WKYMVm和YIGSR两种多肽的PCL/PGC纳米纤维(PCL/PGC-W+Y)。采用静电纺丝技术制备PCL/PGC纳米纤维,随后将设计有PGA-binding motif多肽序列(PGA材料亲和性多肽序列)的WKYMVm多肽和YIGSR多肽配制成溶液对纳米纤维加以浸泡使多肽与纳米纤维结合。X射线光电子能谱仪(XPS)检测结果显示,与多肽结合后材料表面化学元素氮(N)的含量明显增高;同时激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)观察结果显示WKYMVm和YIGSR多肽在纤维表面均匀分布,这说明借助于PGA材料亲和性多肽序列在PCL/PGC纳米纤维表面结合多肽是可行的;扫描电镜(SEM)显示与多肽结合后纳米纤维的原始结构未发生明显改变;水接触角测试结果表明与多肽结合后材料表面的亲水性增强。以上数据表明,PCL/PGC-W+Y得以成功构建,为其刺激EPCs参与血管化的研究奠定了良好的基础。(2)通过体外(in vitro)和体内(in vivo)实验研究了PCL/PGC-W+Y材料对EPCs细胞行为的影响。细胞增殖活性检测结果表明PCL/PGC-W+Y有利于EPCs增殖;体外细胞粘附实验结果显示PCL/PGC-W+Y可在短时间内促进大量EPCs细胞粘附;Transwell细胞迁移实验结果表明PCL/PGC-W+Y材料具有明显的诱导EPCs迁移的能力;体内研究结果证实PCL/PGC-W+Y材料植入临界颅骨缺损部位后可以招募大量宿主(内源性)EPCs细胞。此外,Matrigel成管实验结果表明PCL/PGC-W+Y明显增强了EPCs形成官腔的能力。以上实验数据证实:PCL/PGC-W+Y对EPCs细胞行为具有明显的调控作用,可促进EPCs粘附、靶向迁移和血管样结构形成,意味着这种人工材料具有原位血管化和促骨组织再生的潜力。(3)在体内验证了PCL/PGC-W+Y作为人工骨移植材料实现原位血管化进而促进骨再生的能力。免疫荧光染色结果显示,PCL/PGC-W+Y材料植入部位在术后4周出现了大量新生的CD31~+Endomucin~+亚型血管。Micro-CT检测结果证实PCL/PGC-W+Y促进了临界颅骨缺损区的骨组织再生。H&E染色结果再次表明,在术后8周和12周PCL/PGC-W+Y组出现了快速的血管化和骨再生现象,进一步证实PCL/PGC-W+Y骨移植材料促进了血管化,同时揭示快速的血管形成促进了骨组织的再生。综上所述,本论文基于宿主EPCs细胞可靶向募集至损伤、缺氧和缺血部位从而参与血管化和组织修复的生物功能,利用多肽对EPCs的招募作用和人工生物材料的表面改性成功构建了可招募宿主EPCs的人工骨移植材料并实现了材料植入部位的原位血管化和骨组织再生,为下一代人工骨移植材料的设计和构建提供了具有理论与实践参考价值的新策略。