丝素蛋白多孔支架制备、性能及体内外生物评价

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蚕丝蛋白由于具有优异的力学性能和良好的生物相容性、可降解性和低的免疫原性而广泛应用于组织工程领域。为了制备不同孔径大小且具有高度连通的支架,本文以石蜡微球为致孔剂结合冷冻干燥法制备丝素多孔支架。采用SEM、孔隙率和力学测试等方法考察了石蜡微球加热时间、石蜡微球大小、冷冻温度及丝素浓度等主要参数对支架结构和性能的影响。通过体外细胞培养和老鼠皮下埋植实验考察了支架的细胞亲和性、体内组织细胞的长入及血管化性能。SEM结果表明:支架孔径可以通过石蜡微球的大小来调控,且孔径分布均一,通过调节石蜡微球的加热时间调控孔之间的连通性,而直接冷冻干燥法制备的丝素支架中孔的结构不规则,呈现各向异性,并且连通性较差。孔隙率测试结果显示石蜡微球致孔的丝素支架孔隙率可达到90%以上,直接冷冻干燥法制备的丝素支架只有70%左右。力学测试表明支架的压缩模量随找孔径的减小而降低,随着孔之间连通性的增加而降低,随着丝素浓度的增加而增加,随着冷冻温度的降低(-20℃,-70℃,-196℃)增加。体外种植培养成纤维细胞3T3,结果显示:与直接冷冻法制备的支架相比,由于石蜡微球致孔的支架具有更大的比表面积,更有利于细胞的粘附和增值。皮下埋植后的H&E结果显示:组织细胞可以长入支架内部,而且在第4周完全长满整个支架,同时伴有血管新生,而直接冷冻干燥法制备的支架在埋植12周时,只有少许细胞迁入支架。这些结果说明石蜡微球结合冷冻干燥法制备的丝素支架有望用于血管化,或骨修复以及软骨修复等组织工程领域。   在第二部分实验中,为了制备适用于小口径血管再生的具有适当孔径且高度连通的丝素支架,我们采用溶液混合浇注、冷冻和冻干三步制备丝素多孔支架,通过在丝素水溶液中加入不同的有机溶剂和浓度来调控丝素支架的孔结构和形态。采用SEM、孔隙率和力学测试等方法考察了有机溶剂类别、浓度、冷冻温度及丝素浓度等主要参数对支架结构和性能的影响。通过体外SMC细胞培养和大鼠皮下埋植实验考察了支架的细胞亲和性、体内组织细胞的长入情况。SEM结果显示,不同的有机溶剂对所制备的支架结构影响各异。其中一定浓度的乙醇的添加所制备的支架是由微米纤维构成的连通的网络状结构,而且考虑到制备工艺中乙醇无毒,我们选择了乙醇来研究其对支架结构性能的影响。随着乙醇浓度的增加(0%到15%),支架由片层结构转变为由微米纤维构成的连通的3D网络结构。随着冷冻温度降低,支架的纤维直径和孔径均呈减小趋势。丝素浓度升高,纤维加粗,孔径减小。孔隙率测试结果显示,在一定浓度范围内,乙醇浓度升高,支架孔隙率升高,丝素浓度升高,支架孔隙率降低。力学测试结果显示,在一定浓度范围内,乙醇浓度升高,压缩模量增加,丝素浓度增加,压缩模量增加。体外种植SMC细胞,细胞可以在1天时长满支架。体内埋植实验,组织细胞在一个月内就可以长满整个支架。用这种方法制备的丝素支架具有高度连通的孔结构和良好力学性质,有望应用于组织工程化小口径血管。  
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