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本文主要讨论了如下七个方面的问题:
第一章概述了组织工程学的基本原理和方法,以及可用于组织工程的细胞支架的材料和结构类型。讨论了影响材料细胞亲和性的因素,介绍了目前常用的材料细胞亲和性改进技术。指出了聚内酯材料作为组织工程用支架材料存在的一些缺点,提出了从本体改性和表面改性两方面对聚内酯支架材料进行改性的必要。由此引出本论文的研究内容:采用聚内酯材料与天然材料衍生物-猪衍生骨共混改性,开发可用于骨组织工程的复合细胞支架材料;对聚内酯材料进行类骨磷灰石涂层改性,以提高聚内酯材料的成骨细胞亲和性;对聚内酯微球进行胶原接枝改性,研究其作为可注射型细胞支架的应用前景;探索等离子体预处理结合生物分子锚定技术在非聚内酯生物材料领域中的应用,旨在扩大此项技术在组织工程领域内的应用范围。
第二章介绍了一些聚内酯材料的体外细胞亲和性评价方法,其中包括体外细胞培养的特点、体外细胞形态以及细胞活力水平的检测指标和方法等。
第三章将天然生物材料猪衍生骨(PDXB)与聚内酯材料-聚乳酸(PLLA)或聚(乙交酯/丙交酯/己内酯)(PGLC)共混,用以改善聚内酯材料细胞亲和性。
用PDXB/PLLA复合材料分别制备了膜以及多孔细胞支架,并对膜和支架表面进行NaOH水解处理,用以暴露PDXB表面。考察了复合材料表面的形貌和亲水性变化,并通过OCT-1类成骨细胞评价其细胞亲和性。结果表明:复合材料经过水解处理后,其表面上的PDXB粉末可以暴露出来,由于PLLA部分的硬度很高,复合膜上的部分地方出现了小的裂隙;PDXB的引入使得复合材料具有一定的亲水性和粗糙度;复合材料上的细胞粘附和增殖情况均优于单纯PLLA材料,细胞倾向于生长在有PDXB暴露的地方,在复合支架上培养的细胞能够深入到支架的内部生长。
同法制备了三种质量比分别为30/70,50/50和70/30的PDXB/PGLC复合膜,并对其进行表面水解处理。研究了共混比例与复合膜亲水性、力学性能、表面形貌以及类成骨细胞亲和性的关系。结果表明:复合膜的亲水性随PDXB含量的增加而增加;力学性能随PDXB含量的增加而下降,PDXB/PGLC(30/70)复合膜具有较好的韧性(断裂伸长率250%)和机械强度(拉伸强度36.7MPa);复合膜表面粗糙度随PDXB含量的增加而加大;OCT-1细胞在复合膜表面的粘附、增殖和分化情况表明复合材料的生物活性、亲水性以及表面粗糙度的增加,能够显著促进细胞生长,而当PDXB与PGLC比例增加到70/30时,复合材料的表面过于粗糙,致使其细胞亲和性大大下降,说明生物材料的表面形貌与表面化学成分相比,对类成骨细胞的生长有更重要的影响。
第四章将PLGA细胞支架先行氧等离子体预处理,后经模拟体液孵育,使其支架表面快速生成致密的类骨磷灰石涂层,得到了复合细胞支架。研究了等离子体预处理条件和模拟体液成分对支架表面磷灰石形成的影响,并探讨了作用的机理;研究了氧等离子体预处理条件对PLGA多孔支架处理深度的影响;研究了磷灰石涂层对支架的形貌、质量和力学强度的影响;同时考察了具有类骨磷灰石涂层的PLGA材料的成骨细胞亲和性。结论如下:氧等离子体可以对PLGA多孔支架进行预处理,其处理效果可以随着处理时间的延长深入到支架内部的各个孔洞;氧等离子体预处理与1.5SBFO模拟体液孵育相结合,可以在支架表面以及支架内部形成大量的磷灰石固体,从而提高PLGA支架的质量和压缩模量;氧等离子体预处理通过改变材料的表面化学性质和表面形貌,来提高类骨磷灰石层的生长速度,在相同处理功率下,磷灰石的生长速度随等离子体处理时间的延长而增加:新型模拟体液1.5SBFO由于不使用Tris作为PH值的调节剂,避免了Tris的络合金属阳离子作用,具有比传统模拟体液更为优良的孵育效果;细胞实验表明具有类骨磷灰石涂层的PLGA材料能够促进OCT-1类成骨细胞的贴附和增殖,其粘附形态和生长两周后的形态均优于单纯PLGA材料,但是对该类细胞的分化没有明显影响。
第五章报道了一种对可注射型细胞支架-PLGA微球进行胶原接枝改性的方法。首先采用己乙烯醇二胺对PLGA材料进行胺基化,合成一系列末端具有自由胺基的胺基化PLGA(N-PLGA);然后制备了胺基化PLGA与PLGA的共混微球;采用戊二醛作为“活化臂”,在具有自由胺基的共混微球表面接枝I型胶原。细胞实验证明,N-PLGA/PLGA(50/50)共混微球由于具有较高的表面胺基密度、特殊的微孔结构,细胞亲和性相对于PLGA微球较好;共混微球接枝胶原后能进一步促进细胞的粘附和增殖。
第六章报道了氨等离子体预处理结合纤连蛋白Fn锚定对3-羟基丁酸-3-羟基己酸共聚酯(PHBHHx)进行表面修饰,以提高其血管内皮细胞亲和性的研究。结果表明:与物理吸附Fn的PHBHHx表面相比,等离子体预处理结合Fn锚定能进一步提高材料的亲水性和表面能,脐静脉内皮细胞在Fn锚定的PHBHHx膜上代谢活性最高,经过72小时培养后,能相互连接形成完整的融合片层结构,有潜力应用于人工血管内膜。同时报道了氨等离子体预处理结合RGD锚定对牛颈静脉带瓣血管片进行表面改性的研究。激光共聚焦显微镜检测证明:与物理吸附RGD的血管片表面相比,等离子体预处理能使RGD在血管片表面分布更加均一。相关大鼠腹主动脉血管补片实验正在进行中。
第七章对本论文各章的主要结果进行了小结。