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组织工程技术的发展使现代医学走出了器官移植的范畴,迈进了器官再造的新时代,是一场极具深远意义的医学革命。作为组织工程研究领域最为活跃的一个分支,骨组织工程已处于组织构建与缺损修复研究的前沿。然而,迄今为止,仍有一些关键问题亟待解决,其中首要的问题是寻找和开发理想的支架材料。本文首次将新型生物可降解材料——聚羟基丁酸与羟基辛酸用于制备骨组织工程支架,评价其作为骨组织工程支架的可行性,并选用羟基磷灰石与聚羟基丁酸与羟基辛酸复合,巧妙地利用了二者在性能上的优势互补,制备出了性能优良的复合支架,以期为骨组织工程拓展新的支架材料来源。 多聚羟基烷(Polyhydroxyalkanoates,PHAs)是一类由微生物合成的天然高分子聚酯,具有良好的生物相容性和生物降解性,在生物医学领域具有广阔的应用前景。我们课题组首次自主研发了PHAs新产品——聚羟基丁酸与羟基辛酸(PHBHOx),因单体辛酸的掺入,使之柔韧性与加工性较短链PHAs有了明显改善,是组织工程支架的优良候选材料之一。羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)是哺乳动物体内骨骼、牙齿等硬组织的主要无机成分,具有良好的骨传导性能和生物活性,能与骨组织形成牢固的骨性结合并对新骨生长有一定的促进作用。因此,利用二者的优势互补,我们将其应用到骨组织工程领域制备多孔支架,并评价其作为骨组织工程支架的可行性,以期为骨组织工程研究拓展新的材料来源。 我们以氯化钠为致孔剂,采用粒子滤出/冷冻干燥复合工艺制备出了骨组织工程用PHBHOx/HA多孔支架,扫描电镜观察支架内部孔隙的形貌与结构;比重法进行孔隙率测定;电子万能试验机测试材料的抗压强度;模拟体液pH环境进行体外降解试验。电镜观察表明,冷冻干燥/粒子滤出复合工艺制备的PHBHOx/HA多孔支架材料孔隙率高,孔径在200~500μm之间,内部孔隙丰富、分布均匀,且孔与孔相互连通,基本符合骨组织工程支架的要求。力学测定结果表明,当HA含量为20%时,PHBHOx/HA多孔支架的抗压强度为4.58MPa,其压缩强度基本上与人体的松质骨相当,可作为非承重部位骨修复的骨组织工程支架使用。体外降解实验表明,复合多孔支架的降解率与HA含量有关;支架降解不会引起周围环境酸碱度的显著变化,从而避免了植入部位无菌性炎症的发生。 我们分别通过体内组织相容性试验和体外细胞相容性试验评价材料的生物相容性。采用大鼠肌肉植入,通过组织病理学方法评价植入材料周围肌肉组织的炎症细胞反应情况;结果表明,植入材料未引起持续严重而明显的炎症和排斥反应,符合国家规定的组织反应程度指标,从而说明PHBHOx/HA多孔支架具有较好的组织相容性。同时将小鼠MC3T3-E1成骨样细胞与多孔支架浸提液共培养,采用MTT法检测其对细胞生长的影响;结果表明,材料的浸提液对细胞活力及活性无不良影响。将MC3T3-E1接种于支架材料进行体外复合培养,研究支架对其生长和增殖的影响,评价材料的细胞相容性。结果表明,MC3T3-E1在多孔PHBHOx/HA表面具有较高的增殖能力。因此,PHBHOx/HA支架具有良好的生物相容性。 最后,采用全骨髓培养法体外分离乳兔骨髓间充质干细胞(BMSCs),并进行成骨诱导分化,碱性磷酸酶(ALP)染色和茜素红染色结果均呈阳性;然后将成骨细胞与PHBHOx/HA多孔支架进行体外复合培养,构建组织工程骨,扫描电镜观察支架材料上的细胞复合情况,结果证实支架上有细胞生长,细胞形态饱满,状态良好;将体外构建的组织工程骨通过手术植入动物模型桡骨缺损处,通过肉眼观察、组织学方法检测骨缺损修复情况。结果表明,复合材料具有良好的界面相容性和成骨能力,成骨细胞与PHBHOx/HA多孔支架体外构建的组织工程骨具有良好的骨缺损修复效果。 以上研究结果初步表明:PHBHOx/HA多孔支架材料基本满足骨组织工程的要求,有望成为一种具有临床应用价值的骨组织工程支架材料。