论文部分内容阅读
全层皮肤缺损伤口的修复需要很长的时间,在此期间伤口很容易受到细菌的感染。细菌感染会使伤口长久停留在炎症阶段,导致细胞的功能受损,伤口便无法正常修复并发展成为慢性伤口。美国国家卫生研究院报告表明,大约80%的感染伤口里会出现细菌生物膜。生物膜里的细菌聚集在一起,它们对抗生素和人体免疫防御反应的抵抗力是浮游细菌的100-1000倍。研究者已经开发出多种多样的伤口敷料用于保护伤口以促进伤口愈合。在这些敷料中,氨基酸基聚合物纳米纤维敷料是一种新型的材料。氨基酸基聚合物纳米纤维具有降解性,其降解产物可被机体吸收,因而具有很好的生物相容性。另外,它们具有三维网状结构能够较好地模拟细胞外基质,为细胞生长、粘附、迁移、分化提供了理想的微环境。将纳米纤维敷料与抗菌药物的结合是加速感染伤口愈合的一个有效策略。一氧化氮不仅具有广谱抗菌、清除细菌生物膜的能力,而且细菌不会对其产生耐药性。此外,一氧化氮还可以促进成纤维细胞的迁移和增殖、调节炎症因子水平、加速胶原沉积。因此,负载一氧化氮的氨基酸基聚合物纳米纤维是治疗感染性伤口的一种理想的敷料。本论文的研究工作主要包括如下几个方面:本研究中,利用苯丙氨酸合成了苯丙氨酸基聚酯脲聚合物（PBP、PHP、POP）,并将其与聚丙烯腈（PAN）进行静电纺丝制备苯丙氨酸基聚酯脲静电纺复合纳米纤维（PBP/PAN、PHP/PAN、POP/PAN）。将亚硝基谷胱甘肽（GSNO）接枝或负载在PHP/PAN纤维膜上赋予了纤维膜抗菌功能（PHP/PAN-G、PHP/PAN/G）。PHP/PAN-G、PHP/PAN/G纤维膜的直径在300-400 nm之间,孔隙率约54%。PHP/PAN-G、PHP/PAN/G纤维膜能够在2周之内能连续稳定释放一氧化氮,一氧化氮累积释放的总释放浓度分别为0.95μmol/L、1.15μmol/L。PHP/PAN-G纤维膜的抑菌效果明显比PHP/PAN/G纤维膜效果好,PHP/PAN-G对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率为94.5±4.2%、96.0±2.1%。L929细胞在纤维膜上生长状态良好,纤维膜对细胞没有毒性。当纤维膜用于小鼠感染性伤口时,发现纤维膜可以促进伤口愈合。在伤口组织修复过程中,材料的降解应该与组织重塑所需要的时间相匹配,因此调节材料的降解速率以适应伤口修复速率是很重要的。为了实现这一目的,本研究中,制备了一类具有可调节降解速率的色氨酸基聚酯脲（TBP、THP、TOP）。对聚合物的降解性能的分析表明,在29天内TBP、THP、TOP在0.05 mol/L碱性溶液里的重量损失率分别为92.9%、88.1%、86.6%。L929在色氨酸基聚酯脲聚上的细胞存活率均大于80%,表明这种聚合物是一种细胞相容性良好的生物材料。将色氨酸基聚酯脲与羧基封端的聚己内酯（PCL-COOH）进行静电纺丝制备了色氨酸基聚酯脲复合纳米纤维膜（TBP/PCL、THP/PCL、TOP/PCL）,并将GSNO接枝到纳米纤维上面,赋予纤维膜释一氧化氮的功能（TBP/PCL-G、THP/PCL-G、TOP/PCL-G）。纤维膜的纤维排列松散,直径分布在300-350 nm,孔隙率为58%。降解实验表明,在碱性溶液里TBP/PCL-G、THP/PCL-G、TOP/PCL-G纤维膜在29天失重率分别为31.5%、32.1%、28.4%。14天内,TBP/PCL-G、THP/PCL-G、TOP/PCL-G纤维膜累积释放的一氧化氮的总浓度分别为1.03μmol/L、1.12μmol/L、1.09μmol/L。抗菌实验表明,THP/PCL-G纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有明显的抗菌效果,抑菌率分别为93.5±2.3%、95.7±3.1%。体外生物学实验表明纤维膜具有很好的细胞相容性和血液相容性。在小鼠细菌感染伤口修复过程中,THP/PCL-G纤维膜能够显著降低小鼠血液中炎症因子的含量,调节炎症反应,促进胶原沉积,加速伤口愈合。细菌生物膜包裹的细菌对药物就有很强的抵抗性,使得细菌很难被杀死,这会使伤口一直处在炎症阶段,伤口就很难愈合。为了去除感染伤口处的细菌生物膜,提高纤维膜的降解速率和相容性,本研究用苯丙氨酸和色氨酸这两种天然氨基酸合成了苯丙氨酸与色氨酸基聚酯脲聚合物（TBPBP1、TBPBP2、TBPBP3）。降解研究和细胞实验表明,该聚合物可以在21天内完全降解并且纤维膜对L929没有细胞毒性。利用静电纺丝技术,将聚合物与PCL-COOH混纺得到苯丙氨酸与色氨酸基聚酯脲复合纳米纤维膜（TBPBP/PCL）,并将GSNO接枝到了纤维膜上,使其具有杀菌、去除细菌生物膜的作用。降解研究表明,TBPBP/PCL-G纤维膜在21天内重量损失率可达35%。TBPBP/PCL-G纤维膜能够平稳长久地释放一氧化氮（最高浓度可达0.9μmol/L）。结果证实TBPBP/PCL-G纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有很好的抑制作用,同时还能有效去除金黄色葡萄球菌形成的生物膜。TBPBP/PCL-G纤维膜对细菌生物膜抑制率为85.7±3.4%。该纤维膜好表现出很好的血液相容性、细胞相容性,L929细胞与纤维膜膜上共同培养3天过程中,在TBPBP/PCL-G纤维膜上细胞的扩散面积高于细胞TBPBP/PCL纳米纤维膜上细胞的扩散面积,细胞在TBPBP/PCL-G的扩散面积最高可达732μm~2。小鼠感染伤口模型表明,制备的苯丙氨酸与色氨酸基聚酯脲复合纳米纤维纳米纤维膜可以调节炎症因子水平,降低炎症反应,改善伤口胶原蛋白的沉积,该纤维是治疗感染性伤口的理想型敷料。论文采用静电纺丝技术制备了3种一氧化氮释放型氨基酸基聚酯脲静电纺复合纳米纤维敷料。该类敷料表现出良好的抗菌性能、去除细菌生物膜性能、细胞相容性、血液相容性,并且它们能够有效促进感染性伤口的修复。本研究为开发新型氨基酸基创伤修复材料提供了新的方法和思路。