脊髓损伤修复组织工程支架研制

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组织工程的迅速兴起给脊髓损伤后的神经功能恢复带来了新的希望,而如何制造具有与组织、器官相适应的特定三维空间结构支架成为组织工程方法治疗脊髓损伤的关键因素之一。本文通过采用挤压/喷射过程和热致相分离过程集成起来的快速成型新工艺--低温沉积制造,实现了一定范围内对生物材料的精确组装和孔隙结构的精确控制,并利用这一工艺来实现对仿生脊髓支架的构建与制造。本论文的主要工作内容包括:低温沉积工艺研究和脊髓仿生支架设计与研制。本文以脊髓生理结构和生物环境为出发点,提出采用功能区域/隔离层的组织工程脊髓仿生支架构建路线。通过隔离层对灰质和白质区域进行隔离和保持内微环境差异,同时利用不同微生理环境对干细胞进行分别诱导、分化从而达到灰质和白质同时再生的目的。为了实现这一要求,首先通过对各种生物材料的分析和研究,选用PLGA作为脊髓支架材料,并对各区域的孔隙结构进行研究和构建。根据成型过程中遇到的问题,通过改进喷头装置,解决了喷头出丝速度与扫描速度不易匹配的难题。同时,通过分析低温成型室设计和支架浆料的散热原理,采用了风冷式制冷设计,加快了浆料在低温成型室的凝固速度,解决了小面积支架不能成型太高的缺陷,并且提高了制冷效率。本文通过结合低温成型工艺和致孔剂浸出工艺,制造出具有三级孔隙结构支架,弥补了低温成型支架在10~100μm无孔隙结构的缺陷。同时,在研究工艺参数对支架孔隙结构的调控原理中,得到了支架各孔隙结构与相应工艺参数的关系,及各工艺参数对支架力学性能的影响。同时还对成型中起关键作用的喷丝速度、扫描速度与浆料凝固时间的匹配进行研究。最后通过不断实验对支架成型的最小间隔进行了探讨。实验结果表明,成型支架的宏观孔隙圆润、规则;包含大量无规则的微孔结构,孔隙的贯通性良好,支架孔隙率达89.92%;并具有较好的力学性能,能很好的满足组织工程脊髓支架的需要。本文还对制造出的支架的降解速率和表面改性进行测试,在PLGA支架材料的降解实验中发现,直到16周时,支架质量减少还不到5%,表明支架材料能很好的满足脊髓修复对组织工程脊髓支架需要较长修复期的要求。同时,通过预湿处理法对支架表面改性,支架材料的亲水性能得到极大提高。这些结果表明该支架在脊髓组织工程中将具有很好的应用前景。
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