可注射多糖水凝胶的结构调控及其在细胞治疗和慢性创面修复中的应用研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:white2008
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医用可注射水凝胶能够将具有治疗功能的药物、生长因子、细胞等活性物质负载于其三维聚合物网络中,经注射器或导管直接作用于靶部位,并且与不规则的组织创面部位有效融合,有助于延长活性物质作用时间,在新兴的细胞治疗和慢性创面修复方面具有重要的临床应用前景。为了便于临床注射操作,要求可注射水凝胶的网络结构具备与注射过程相匹配的力学性能。在注射过程中,需要在无任何损伤的情况下装载和运送细胞,并在病灶处注射后加速细胞的增殖。本文将天然壳聚糖(CS)和透明质酸(HA)进行化学改性,合成甲基丙烯酸甲酯化壳聚糖(CSMA)和富含醛基的氧化透明质酸(OHA)。利用亚胺交联可以在氨基和醛基之间快速构建和可逆断裂,使水凝胶具有剪切变稀和快速自愈合等高效的机械适应性。此外,CSMA的甲基丙烯酸酯基团可通过光引发交联,储能模量可由500 Pa提升至1000 Pa,这种可调控的弹性模量能更有选择性地与细胞培养相匹配。其中通过体外细胞实验证明动态交联水凝胶与多种体细胞和骨髓间充质干细胞(BMSCs)具有良好的细胞相容性,直接接触培养7天后的各种细胞活力均高于170%。得益于良好的力学适应性,原位封装在动态水凝胶中的BMSCs,通过临床使用的注射器挤压递送。与注射前相比,注射后的活细胞百分率仍达87.6%,细胞未受到明显损伤。此外,挤压注射不会影响干细胞的成骨和软骨分化能力,可在3周内完成相应分化过程。我们进一步通过在CSMA-OHA动态水凝胶网络中加入聚磷酸盐(poly P),制备具有生物活性的可注射水凝胶,并将其用于糖尿病慢性皮肤创伤修复。该复合水凝胶表现出优异的血液相容性,其中实验组水凝胶非溶血红细胞含量均高于94.2%。poly P在凝胶内部以无定形磷酸钙的形式促进红细胞和血小板富集,与传统纱布相比,实验组在体外止血实验测定的血凝指数(BCI)低于42%,体内小鼠肝穿刺实验可观察到更突出的止血效果。与此同时,poly P可通过磷氧键断裂实放能量,促进细胞ATP转化与合成,加速细胞生长与增殖,对于难愈合糖尿病伤口愈合具推动作用。尤其是在炎症阶段与重塑阶段,可以有效减少炎症细胞的数量,诱导血管、毛囊等附属器官的再生。本研究中“全糖”水凝胶在保证其优良生物活性功能的前提下,通过动态调控网络结构,能够耗散剪切注射过程中产生的作用力,使得负载于其中的细胞不受强烈挤压而保持活力,提高细胞成活率,可用于载细胞注射治疗。同时,通过负载生物活性物质,这种可注射全糖水凝胶能够加速慢性伤口愈合。总体上,该凝胶为活性物质的递送提供了一种具有动态力学适应性的载体工具,有望在细胞治疗和创面修复方面获得临床应用。
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