本文關(guān)鍵詞：具有形狀記憶效應(yīng)的多功能骨組織工程支架的構(gòu)建研究

  更多相關(guān)文章： 形狀記憶聚合物 電紡絲 藥物控釋 超聲響應(yīng) 骨組織工程 聚乳酸-聚三甲基碳酸酯

【摘要】：可生物降解的形狀記憶聚合物(SMPs)是一類新型功能高分子材料。將這類材料應(yīng)用于骨組織修復(fù)時(shí),除了可以實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)植入和生物降解,還能在應(yīng)用中持續(xù)施加生物力學(xué)刺激,提高對(duì)骨缺損的修復(fù)和再生功效。近年來(lái),電紡絲(Electrospinning)被廣泛用于制備具有高比表面積和孔隙率的納米纖維支架,與傳統(tǒng)的其他形式的組織工程支架相比,電紡納米纖維支架具有高度仿生天然細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的結(jié)構(gòu)和可為細(xì)胞提供理想的生存微環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。然而,目前關(guān)于利用SMPs結(jié)合電紡絲技術(shù)制備具有納米纖維結(jié)構(gòu)的支架并研究其對(duì)成骨細(xì)胞生長(zhǎng)行為研究的報(bào)道還很少,對(duì)仿生納米纖維的形狀回復(fù)效應(yīng)及用于骨缺損(如骨釘孔)修復(fù)時(shí)的功效的認(rèn)識(shí)也還十分有限。 本文首先利用一種新型的形狀記憶高分子聚乳酸-聚三甲基碳酸酯(PDLLA-TMC,簡(jiǎn)寫成PLMC),通過(guò)電紡絲技術(shù)制備具有納米纖維結(jié)構(gòu)的SMP電紡膜,并評(píng)估該多功能纖維支架的成骨能力。研究取得了如下結(jié)果：PLMC電紡膜擁有良好的纖維形貌,隨著PLMC中的DLLA:TMC比例(從5：5,7：3,8：2到9：1)的升高,纖維直徑從1500nm下降為700nm,而玻璃化轉(zhuǎn)變溫度即該SMP電紡膜的形狀回復(fù)溫度從19.2℃升高到44.2℃,溫度變化范圍很適合應(yīng)用于人體內(nèi)部。形狀記憶測(cè)試表明,PLMC電紡膜擁有較好的形狀記憶效應(yīng),其形狀固定率和形狀回復(fù)率分別超過(guò)94%和98%。形狀記憶效果演示顯示,基于PLMC納米纖維的2-D和3-D結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)了很快的形狀回復(fù)速率(在39℃完全回復(fù)僅需要大約10s)。成骨細(xì)胞在該SMP電紡膜上的增殖良好,同時(shí)這種具有形狀記憶效應(yīng)的PLMC納米纖維支架能較好地促進(jìn)成骨細(xì)胞的堿性磷酸酶(ALP)表達(dá)和礦化。 基于上面的研究結(jié)果,本研究接著在PLMC納米纖維中引入具有卓越生物相容性和骨傳導(dǎo)性的羥基磷灰石(HAp),制備PLMC/HAp復(fù)合納米纖維支架,評(píng)估HAp的引入對(duì)PLMC形狀記憶效應(yīng)及成骨性能的影響。研究取得了如下結(jié)果：在低含量時(shí),HAp能較好地在PLMC納米纖維中分散,但當(dāng)HAp和PLMC的質(zhì)量比超過(guò)2：8時(shí),會(huì)出現(xiàn)HAp納米顆粒的團(tuán)聚。HAp的引入能夠一定程度上提高PLMC納米纖維的熱穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度,通過(guò)調(diào)節(jié)HAp的含量,可以使玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在45.7-51.5℃的范圍內(nèi)波動(dòng),而最大斷裂強(qiáng)度增加5倍左右。值得注意的是,引入HAp也能使PLMC納米纖維的形狀回復(fù)力增加,這對(duì)于形狀記憶材料應(yīng)用于人體內(nèi)部時(shí)施加力學(xué)刺激具有重要意義。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明,HAp的引入能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞在PLMC納米纖維膜上的增殖,并且促進(jìn)成骨細(xì)胞的堿性磷酸酶(ALP)表達(dá)和成骨礦化,顯示出用于體內(nèi)骨缺損修復(fù)的潛力。 最后,針對(duì)現(xiàn)在普遍利用熱刺激來(lái)激發(fā)SMPs的形狀記憶效應(yīng)的不足,本研究初步探索了采用超聲作為一種遠(yuǎn)程控制手段,來(lái)實(shí)現(xiàn)在利用超聲使載藥支架進(jìn)行形狀回復(fù)的同時(shí),也具有隨意(On-demand)控制釋放藥物的可行性。為此,我們利用水包油包水雙乳化法(Double emulsion)制備出載有模式藥物溶菌酶(Lyz)的經(jīng)殼聚糖(CTS)修飾的聚乳酸-乙醇酸(PLGA)微球,并利用低溫微球焙燒方法制備出直徑為5mm的圓柱形3-D支架。然后利用高強(qiáng)度聚焦超聲協(xié)同控制這種3-D支架的形狀回復(fù)和藥物釋放效應(yīng)。研究取得如下結(jié)果：通過(guò)在PLGA微球表面修飾不同含量的CTS,可以使微球的相轉(zhuǎn)變溫度Ttrans在45到50℃之間調(diào)節(jié),同時(shí)也能一定程度上影響這種3-D支架的形狀回復(fù)率。形狀記憶和藥物釋放測(cè)試證明了超聲能夠控制形狀回復(fù)過(guò)程,并且同時(shí)控制Lyz從支架中釋放,實(shí)現(xiàn)脈沖給藥模式。另外,通過(guò)調(diào)節(jié)超聲的強(qiáng)度和時(shí)間可以調(diào)節(jié)藥物釋放和形狀回復(fù)速率。對(duì)這種基于微球的3-D支架在超聲前后的壓縮力學(xué)測(cè)試表明,支架的壓縮性能和松質(zhì)骨相當(dāng)。降解試驗(yàn)表明CTS的引入能夠有效地中和PLGA降解后的酸性產(chǎn)物。本部分工作為今后開(kāi)展載藥的仿生復(fù)合納米纖維PLMC/HAp用于超聲介導(dǎo)的骨缺損(如骨釘孔)修復(fù)工作奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：形狀記憶聚合物 電紡絲 藥物控釋 超聲響應(yīng) 骨組織工程 聚乳酸-聚三甲基碳酸酯
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R318.08
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-37
• 1.1 問(wèn)題的提出及研究意義12-13
• 1.2 骨組織工程與支架仿生13-21
• 1.2.1 骨組織工程與天然骨組織結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.2 骨組織工程支架的要求14-16
• 1.2.3 納米材料促進(jìn)骨組織生長(zhǎng)的機(jī)制16-17
• 1.2.4 骨組織工程主要支架制備方法17-21
• 1.3 形狀記憶高分子材料21-26
• 1.3.1 研究歷史及發(fā)展21
• 1.3.2 形狀記憶高分子材料的分類21-22
• 1.3.3 形狀記憶高分子材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用22-24
• 1.3.4 具有納微米結(jié)構(gòu)的形狀記憶高分子材料研究進(jìn)展24-26
• 1.4 超聲可控釋藥體系26-34
• 1.4.1 超聲介導(dǎo)的藥物釋放機(jī)理28
• 1.4.2 超聲介導(dǎo)的藥物載體研究現(xiàn)狀28-31
• 1.4.3 超聲介導(dǎo)的藥物釋放應(yīng)用31-34
• 1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新性34-37
• 1.5.1 本課題研究?jī)?nèi)容34-36
• 1.5.2 本課題創(chuàng)新性36-37
• 第二章 形狀記憶電紡PLMC纖維膜的制備及成骨性能評(píng)價(jià)37-59
• 2.1 引言37-38
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分及材料表征38-44
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑38-39
• 2.2.2 PLMC納米纖維的制備39
• 2.2.3 PLMC納米纖維的表征39-40
• 2.2.4 PLMC納米纖維的形狀記憶測(cè)試40-41
• 2.2.5 原代成骨細(xì)胞的分離41-42
• 2.2.6 PLMC納米纖維的體外細(xì)胞毒性評(píng)價(jià)42-43
• 2.2.7 PLMC納米纖維的體外成骨性能評(píng)價(jià)43-44
• 2.2.8 PLMC納米纖維的血液相容性評(píng)價(jià)44
• 2.2.9 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析44
• 2.3 結(jié)果與討論44-57
• 2.3.1 PLMC納米纖維的制備和表征44-47
• 2.3.2 PLMC納米纖維形狀記憶效應(yīng)表征47-51
• 2.3.3 PLMC納米纖維對(duì)成骨細(xì)胞增殖能力的影響51-53
• 2.3.4 PLMC納米纖維對(duì)成骨細(xì)胞功能化表達(dá)的影響53-55
• 2.3.5 PLMC納米纖維對(duì)成骨細(xì)胞礦化的影響55-56
• 2.3.6 PLMC納米纖維的血液相容性評(píng)價(jià)56-57
• 2.4 本章小結(jié)57-59
• 第三章 含羥基磷灰石的PLMC納米纖維膜的形狀記憶效應(yīng)及成骨性能研究59-76
• 3.1 引言59-60
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分及材料表征60-63
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和試劑60
• 3.2.2 PLMC/HAp納米纖維的制備60-61
• 3.2.3 PLMC/HAp納米纖維的表征61
• 3.2.4 PLMC/HAp納米纖維的形狀記憶測(cè)試61-62
• 3.2.5 PLMC/HAp納米纖維的體外細(xì)胞毒性評(píng)價(jià)62
• 3.2.6 PLMC/HAp納米纖維的體外成骨性能評(píng)價(jià)62-63
• 3.3 結(jié)果與討論63-74
• 3.3.1 PLMC/HAp納米纖維的制備及表征63-67
• 3.3.2 HAp對(duì)PLMC納米纖維形狀記憶效應(yīng)的影響67-70
• 3.3.3 PLMC/HAp納米纖維對(duì)成骨細(xì)胞增殖能力的影響70-72
• 3.3.4 PLMC/HAp納米纖維對(duì)成骨細(xì)胞功能化表達(dá)的影響72-73
• 3.3.5 PLMC/HAp納米纖維對(duì)成骨細(xì)胞礦化的影響73-74
• 3.4 本章小結(jié)74-76
• 第四章 超聲協(xié)同控制形狀記憶和藥物釋放的探索性研究76-91
• 4.1 引言76-77
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分及材料表征77-80
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑77
• 4.2.2 載溶菌酶的PLGA/CTS微球的制備77-78
• 4.2.3 載溶菌酶的PLGA/CTS微球的表征78-79
• 4.2.4 基于載溶菌酶PLGA/CTS微球的3-D支架的制備79
• 4.2.5 超聲協(xié)同控制3-D支架的藥物釋放和形狀記憶的研究79-80
• 4.2.6 微球支架超聲前后抗壓力學(xué)性能測(cè)試80
• 4.2.7 微球支架的體外降解性能測(cè)試80
• 4.3 結(jié)果與討論80-90
• 4.3.1 載溶菌酶的PLGA/CTS微球及3-D微球支架的制備和表征80-84
• 4.3.2 超聲協(xié)同控制3-D支架的藥物釋放和形狀記憶的研究84-88
• 4.3.3 3-D微球支架的力學(xué)和降解性能的研究88-90
• 4.4 本章小結(jié)90-91
• 第五章 結(jié)論與展望91-93
• 5.1 本文的主要結(jié)論91-92
• 5.2 展望92-93
• 參考文獻(xiàn)93-101
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文、申請(qǐng)專利及獲獎(jiǎng)情況101-105
• 致謝105

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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本文編號(hào)：1080386