本文選題：支架材料　切入點：多孔炭　出處：《湖南大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：因為從患者身上獲取種子細胞來源有限,所以如何實現(xiàn)種子細胞體外高活性快速擴增成為組織工程及時治療患者的瓶頸問題之一。三維體外細胞培養(yǎng)是實現(xiàn)種子細胞體外高活性快速擴增的有效途徑,而應用三維多孔支架材料是該方案能否實現(xiàn)的關鍵。本論文對體外組織工程三維支架材料制備與調控細胞增殖行為機制等關鍵科學問題進行了探索和研究,以奠定實現(xiàn)組織工程中種子細胞體外高活性擴增的研究基礎。 本論文以發(fā)泡法、模板法制備多孔炭支架材料,并在此基礎上采用羥基磷灰石涂層對其進行表面修飾,制備HA/多孔炭支架材料,用于實現(xiàn)成骨細胞體外高活性擴增。該支架具有較高的平均開孔率(83.5%)和三維連通多孔網絡結構,孔徑分布為200-500gm,力學性能與多孔炭基體一致,表面細密的片／針狀羥基磷灰石涂層對提高細胞的增殖促進作用明顯,并且加速細胞的附著行為。與傳統(tǒng)的二維細胞培養(yǎng)模型相比,HA/多孔炭支架材料能顯著提高細胞的增殖行為；經過7d培養(yǎng)后,發(fā)泡法、模板法制備的HA/多孔炭支架材料的細胞增殖率分別為6.7倍、10.1倍,而在傳統(tǒng)的二維培養(yǎng)的細胞增殖率僅為4.2倍。利用HA/多孔炭支架材料,初步設計小型灌注式生物反應器構建體外三維細胞培養(yǎng)模型,發(fā)現(xiàn)動態(tài)培養(yǎng)7d后細胞數量為靜態(tài)培養(yǎng)的2.4倍。 本論文研究了溶劑鑄造和粒子溶出法制備淫羊藿苷/PHBV多孔支架材料,并利用中藥有效成分促進成骨細胞體外高活性擴增。實驗數據表明,淫羊藿苷/PHBV多孔支架材料的平均開孔率為88.8%,抗壓強度為0.27MPa。藥物釋放曲線檢測表明,淫羊藿苷/PHBV多孔支架材料第一天即可檢測到向溶液中釋放中藥成分,濃度約為4.67mg/L,并且在28d內可以觀察到淫羊藿苷的連續(xù)釋放過程,且未出現(xiàn)藥物的突釋現(xiàn)象。同時還發(fā)現(xiàn)當細胞與支架材料接觸培養(yǎng)時,經5d培養(yǎng)后,細胞增殖率為非接觸組的1.5倍,由此表明細胞在支架材料的接觸式培養(yǎng)可有效促進中藥成分因子通過細胞膜直接進入細胞,提高藥物利用率。與此同時,對比細胞在細胞培養(yǎng)板和淫羊藿苷/PHBV多孔支架材料的增殖率發(fā)現(xiàn),MG-63細胞培養(yǎng)在淫羊藿苷/PHBV多孔支架材料時細胞的增殖率增加2.3倍,MC3T3-E1細胞增加1.7倍。通過RT-PCR檢測MG-63細胞在二維培養(yǎng)皿、二維PHBV膜、三維PHBV多孔支架材料和三維淫羊藿苷/PHBV多孔支架材料四種材料上RNA轉錄行為,發(fā)現(xiàn)三維淫羊藿苷/PHBV多孔支架材料在細胞附著時會強化FN與TGF-β1兩個基因的轉錄水平,增強細胞外基質的形成；在前期增殖行為中誘導了一些生長因子基因和細胞外基質基因的轉錄,包括骨形態(tài)發(fā)生蛋白相關基因BMP2、BMP6、BMP7,最后強化細胞外基質基因BGN轉錄行為,提高細胞外基質對生長因子的錨定作用,而三維空間結構在細胞增殖期間抑制TGF-β1和Col-I轉錄。利用淫羊藿苷/PHBV多孔支架材料,初步設計中型灌注式生物反應器構建體外三維細胞培養(yǎng)模型,發(fā)現(xiàn)動態(tài)培養(yǎng)最多使細胞數量為靜態(tài)培養(yǎng)的4倍。 本論文研究了利用溶劑揮發(fā)法在多孔炭支架材料表面修飾載藥PHBV涂層,制備載藥PHBV/多孔炭支架材料,考察其對細胞增殖的調控作用。實驗數據表明,制備的載藥PHBV/多孔炭支架材料平均開孔率相較于多孔炭支架材料有所下降,均值為84.2%,但保留了三維多孔連通網絡結構,連通孔孔徑范圍為200-500μm,抗壓強度、抗折強度和抗拉強度分別為1.076MPa、0.819MPa和0.187MPa。載藥PHBV/多孔炭支架材料同樣發(fā)現(xiàn)具有可控藥物釋放行為,經過7d的釋放PBS中藥物濃度為0.727mg/L,而在28d后該值達到了1.207mg/L。載藥PHBV/多孔炭支架材料上細胞的附著行為正常,在經過3d的培養(yǎng)后,能明顯增強細胞的增殖,培養(yǎng)7d后MG-63細胞達到10倍的增殖,為二維細胞培養(yǎng)的2.5倍。 總之,本論文通過系統(tǒng)研究體外組織工程細胞培養(yǎng)多孔炭支架、多孔PHBV支架的制備與表征,發(fā)現(xiàn)經HA、PHBV、淫羊藿苷對上述支架進行表面修飾后,能明顯促進成骨細胞的增殖行為,論文進一步闡明了支架材料及表面修飾對細胞增殖影響的生物學機制,為支架材料應用于組織工程種子細胞的體外擴增奠定了理論基礎。
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【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TB33;R318.08

【參考文獻】

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本文編號：1617673