溶胶—凝胶生物活性玻璃对糖尿病难愈创面修复机理研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:atang2010
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通过研制新型的皮肤软组织创面修复材料,帮助患者修复缺损或难愈的皮肤创面组织,更好地恢复人体皮肤软组织功能是医学界和生物医学材料学界多年来一直在探索并试图解决的重要问题。生物活性玻璃45S5是采用高温熔融法制备的一种无机活性材料,其化学组成为(质量份比):45%SiO2、4.5%Na2O、24.5%CaO和6%P2O5,该生物活性玻璃作为传统具有代表性的一类无机活性材料在皮肤软组织损伤修复领域已经有了一定的应用和相关研究报道,但是一些新型生物活性玻璃如溶胶-凝胶生物活性玻璃(Sol-gelbioactive glass, SGBG)和纳米生物活性玻璃(Nanoscale bioactive glass, NBG)等在这方面的研究比较少,亦少见文献报道。事实上,这些新型生物活性材料较传统生物活性玻璃45S5有着一些更优良的性能,如材料的化学均匀性可达分子级别,并具有纳米介孔结构、巨大的比表面积以及较高的化学活性和吸附特性等。本论文围绕溶胶-凝胶生物活性玻璃调控糖尿病难愈创面评价体系的建立及其修复机理进行研究,以链脲佐菌素STZ诱导的糖尿病大鼠全层皮肤缺损模型来模拟糖尿病难愈创面的修复过程,通过透明膜描记法评估创面愈合率,并分别通过HE染色、免疫组化染色、透射电镜等进一步观察分析成纤维细胞、上皮细胞、血管内皮细胞增殖,以及相关生长因子(VEGF和FGF-2)的表达,与此同时,通过MTT法测定观察生物活性玻璃对人成纤维细胞增殖,系统研究并证实了溶胶-凝胶生物活性玻璃对糖尿病难愈创面的修复作用。具体研究工作如下:首先,通过溶胶-凝胶制备工艺获得溶胶-凝胶生物活性玻璃SGBG(摩尔组成:60%SiO2、36%C和4%P2O5),并采用溶胶-凝胶共沉淀法、结合冷冻干燥技术制备了颗粒尺寸在纳米级的生物活性玻璃NBG(摩尔组成:60%SiO2、36%CaO和4%P2O5),研究了加入分散剂聚乙二醇(PEG-10000)对生物活性玻璃颗粒的分散性能、微观形貌和生物活性的影响。结果表明:没有加入PEG制得的NBG颗粒呈现不规则形态,粒径小于50nm,加有PEG的NBG颗粒形状趋于规则的球形,分散性大大提高,颗粒粒径在40~100nm,而且加入PEG的浓度越高,制备的NBG颗粒粒径越小。通过比较NBG与SGBG在模拟人体体液(Simulated bodyfluid, SBF)中的表面矿化研究,发现NBG比SGBG有更高的生物活性。其次,通过体外细胞培养,MTT法评价45S5、SGBG和NBG三种生物活性玻璃材料的细胞增殖活性,研究不同浓度、不同作用时间下生物活性玻璃对人成纤维细胞体外生长增殖的影响。通过酶解法从人包皮中成功提取成纤维细胞,并通过免疫蛋白组化鉴定其为成纤维细胞,其中HMB45呈阴性,角蛋白呈阴性,S100呈阴性,波形蛋白呈阳性,均符合成纤维细胞的特点。结果,三种生物活性玻璃浸提液均无明显细胞毒性,且在合适的浓度下有利于成纤维细胞的增殖,但三种生物活性玻璃的作用不同,45S5在细胞培养早期有利于成纤维细胞的增殖,而NBG则在后期对细胞的作用更为显著。在糖尿病难愈创面动物模型建立方面,本研究旨在探讨生物活性玻璃对一般皮肤创面和糖尿病皮肤创面的修复作用。以SD大鼠及链脲佐菌素诱导的糖尿病SD大鼠为动物模型,将制备的生物活性玻璃膏剂应用于大鼠背部全层皮肤缺损创面,并进行相应的修复评价和机理探讨。实验中根据生物活性玻璃的种类将创面分为四组,即熔融生物活性玻璃45S5组(45S5)、溶胶-凝胶生物活性玻璃58S组(SGBG-58S)、纳米生物活性玻璃58S组(NBG-58S)及凡士林对照组。和SGBG-58S相比,NBG-58S颗粒是由相对分散的纳米颗粒构成。通过对创面愈合率及创面愈合时间的统计计算发现,生物活性玻璃组能促进创面的快速愈合,且SGBG-58S和NBG-58S这两种生物活性玻璃的愈合效果更佳。组织学分析表明生物活性玻璃能促进成纤维细胞的增殖和肉芽组织的快速形成,并且,免疫组化分析提示与创面修复有关的两种生长因子VEGF和FGF2在生物活性玻璃的刺激下有高效的表达。通过透射电镜观察显示,生物活性玻璃组处理的创面中成纤维细胞更为成熟,含有更多的粗面内质网及其他细胞器,并能在术后7天就已经形成了成熟的血管,SGBG-58S和NBG-58S效果比45S5更为明显。综上所述,生物活性玻璃,尤其是SGBG-58S和NBG-58S能促进正常和糖尿病皮肤创面的快速愈合,在创面修复领域中具有广泛的应用前景。此外,研究首次探索性地将45S5生物活性玻璃复合云南白药膏剂应用于上述建立的评价体系,为开发治疗糖尿病创面外用药物提供参考和新的思路。
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