负载双因子的多孔纳米纤维成骨支架的制备及成骨性能评价

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由外伤、肿瘤、感染和疾病等因素造成的骨缺损严重影响患者的身心健康和生活质量。目前治疗骨缺损最常用的方法有自体骨移植和异体骨移植等,但这些方法均存在各自的局限性,从而限制了它们在临床骨修复中的应用,骨组织工程为骨缺损的修复带来了希望。在骨组织工程中,仿生支架作为生长因子的外源性载体,能够模拟体内细胞、细胞外基质(ECM)和生长因子之间的多重相互作用,为骨修复提供理想的再生环境。但大段骨移植通常由于成骨区缺乏有效的血管系统而失败。血管化问题是大段骨修复和当前骨组织工程研究中的热点和难点。基于上述背景,本论文从结构和功能仿生的角度,构建一种负载血管诱导因子和成骨因子的三维多孔纳米纤维成骨支架,实现血管化和成骨的协同,提高骨修复效果。并对所制备材料的理化性能和体内外成骨诱导能力进行研究。本文的研究内容概括为以下几个部分:  (1)首先,分别制备负载血管诱导因子1-磷酸鞘氨醇(S1P)的介孔硅(S1P@MSNs)以及成骨因子骨形态发生蛋白(BMP-2)的PLGA微球(BMP-2@PLGA)。然后,采用糖球致孔和热致相分离(TIPS)技术制备包裹S1P@MSNs的聚乳酸(PLLA)三维多孔复合纳米纤维支架。最后,将BMP-2@PLGA微球复合到多孔纳米纤维支架上得到负载双因子的复合支架(BMP-2@PLGA/S1P@MSNs/PLLA)。通过改变致孔糖球的粒径可以得到不同孔径的三维纳米纤维支架。扫描电镜(SEM)图片显示,复合支架具有孔径均匀,孔道连通性好的特点,这将有利于细胞的粘附和向内长入。同时,MSNs的加入能明显提高复合支架的压缩模量,当 MSNs的加入量从5%提高到15%,其压缩模量逐渐增大,MSNs的加入未破坏支架的形貌和纳米纤维结构。  (2)在体外条件下,将骨髓间充质干细胞(BMSCs)培养在BMP-2@PLGA/S1P@MSNs/PLLA复合支架上,实验结果表明复合支架能够很好地促进BMSCs在材料上生长和增殖。碱性磷酸酶(ALP)和茜素红S(ARS)染色结果表明,与 PLLA和 BMP-2@PLGA/MSNs/PLLA支架相比,双因子复合支架对BMSCs的分化具有更好的诱导作用。  (3)分别将PLLA、BMP-2@PLGA/MSNs/PLLA和双因子复合支架植入裸鼠体内,评价材料在体内诱导成骨的能力。体内异位成骨结果显示,在材料植入后的16周,BMP-2@PLGA/MSNs/PLLA和双因子复合支架均能诱导新骨的形成。在S1P和BMP-2的协同作用下, BMP-2@PLGA/S1P@MSNs/PLLA复合支架具有更好的诱导血管和新骨形成的作用。  因此,负载血管诱导因子S1P和成骨因子BMP-2的多孔纳米纤维成骨支架能够在体外诱导BMSCs的成骨分化以及在体内诱导异位成骨,在大段骨缺损修复方面具有潜在的应用前景。
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