【摘要】：支架材料作為組織工程技術(shù)的中心環(huán)節(jié),不僅起著結(jié)構(gòu)支撐的作用,而且可以調(diào)控細胞行為并為組織重建提供模板。采用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)建的納米纖維材料在結(jié)構(gòu)上模擬天然細胞外基質(zhì),具有比表面積大、孔隙率高和可表面功能化等特點,被廣泛用于藥物釋放、創(chuàng)傷敷料和組織工程支架等。但是,傳統(tǒng)的靜電紡絲由于技術(shù)限制只能構(gòu)建二維結(jié)構(gòu),不能滿足人體復(fù)雜組織和器官再生的實際需求。此外,適用于靜電紡絲的合成高分子材料,由于力學(xué)強度較差、表面缺乏功能基團等因素,限制了其在特定組織工程(硬組織、具有電刺激響應(yīng)性的肌肉組織等)中的應(yīng)用。因此,如何改進靜電紡絲技術(shù)并構(gòu)建功能性(高力學(xué)性能、導(dǎo)電性、生物活性和三維立體結(jié)構(gòu))的納米纖維支架是本課題期望解決的問題。采用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)建了氧化石墨烯(GO)增強的聚己內(nèi)酯(PCL)復(fù)合納米纖維材料PCL/GO。與純PCL支架相比,復(fù)合納米纖維支架的整體形貌更加均勻且支架表面更加光滑,而單個纖維的直徑更小且纖維表面略顯粗糙并帶有凹槽和突起。GO不僅改善了復(fù)合納米纖維的表面化學(xué)和熱學(xué)性能,而且提高了復(fù)合納米纖維的彈性模量和拉伸強度(GO含量低于0.5 wt%),得到力學(xué)性能增強的復(fù)合納米纖維支架材料。細胞生物學(xué)研究表明GO改善了細胞在納米纖維支架材料上的粘附和鋪展行為,使得小鼠骨髓間充質(zhì)干細胞(mMSCs)和低分化的大鼠腎上腺嗜鉻瘤細胞(PC12-L cells)分別呈現(xiàn)出典型的纖維原和神經(jīng)元細胞樣。適當含量(低于0.5 wt%)GO的復(fù)合不僅有利于細胞的增殖行為,而且分別促進了mMSCs和PC12-L cells的成骨和成神經(jīng)分化。另外,PCL/GO復(fù)合納米纖維支架對細胞行為的調(diào)控作用可能歸因于支架材料的納米拓撲結(jié)構(gòu)(粗糙度)、表面含氧功能基團和導(dǎo)電性。通過在半球狀的聚四氟乙烯殼中包埋一系列不銹鋼針陣列,設(shè)計了特別的接收器并構(gòu)建了具有三維結(jié)構(gòu)的納米纖維支架。這一三維納米纖維支架宏觀上再現(xiàn)了接收器的結(jié)構(gòu),呈現(xiàn)“帽子狀”,且隨著電紡時間的增加,最終厚度可達幾個厘米。三維支架內(nèi)部的致密纖維區(qū)可以提供力學(xué)強度的支撐,而疏松纖維區(qū)可以促進細胞的滲透進入。采用粘結(jié)劑整合后的三維納米纖維支架呈現(xiàn)“橢圓狀”,在宏觀形貌上類似于人體組織/器官,如肺、肝、腎和心臟等。另外,將導(dǎo)電聚合物聚苯胺PANi復(fù)合到PCL中,得到了PCL/PANi三維復(fù)合納米纖維支架。PANi的加入不僅增加了電紡溶液的導(dǎo)電性,使得纖維的平均直徑減小,而且提高了三維復(fù)合納米纖維支架的表面化學(xué)性能。細胞生物學(xué)研究表明適當含量(低于2.0 wt%)PANi的復(fù)合促進了小鼠成肌細胞(C2C12 cells)的粘附、鋪展和增殖。此外,C2C12 cells不僅可以在三維納米纖維支架的表面生長和分化,還可以滲透進入內(nèi)部,說明PCL/PANi三維復(fù)合納米纖維支架不僅可以為成肌細胞的生長和進入提供模板,而且可以促進細胞分化和肌管形成。將折紙和靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)建了具有一定形狀和結(jié)構(gòu)的三維納米纖維結(jié)構(gòu)。同時,將具有生物活性的納米羥基磷灰石(nHA)復(fù)合到PCL中,得到力學(xué)性能和生物學(xué)性能增強的PCL/nHA復(fù)合納米纖維,之后通過結(jié)構(gòu)設(shè)計,采用手工折紙的方法構(gòu)建具有三維結(jié)構(gòu)的PCL/nHA復(fù)合納米纖維支架,并將人胚胎成骨細胞(hFOBs)接種在其上進行體外培養(yǎng),通過空間限制和細胞外基質(zhì)的分泌,實現(xiàn)三維納米纖維支架/細胞復(fù)合體的構(gòu)建,以期為骨組織工程支架的研制提供新的策略�？傃灾�,本課題從對靜電紡絲納米纖維支架進行功能化和三維構(gòu)建這一實際問題出發(fā),構(gòu)建了具有高力學(xué)性能、導(dǎo)電性、生物活性和三維立體結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米纖維支架材料�？傮w研究結(jié)果表明靜電紡絲聚己內(nèi)酯復(fù)合納米纖維支架材料具有良好的力學(xué)適用性和生物應(yīng)答性,有望成為新一代組織工程支架材料,用于骨、神經(jīng)、血管和心臟等組織/器官的修復(fù)和重建。
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【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R318.08

【參考文獻】

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本文編號：2357535