【摘要】：在組織工程中,支架作為細胞生長和分化的載體,其作用非常重要。為了使細胞能夠在整個支架中生長,并且保證營養(yǎng)物質(zhì)能順利進入支架和及時排出代謝廢物,支架的結(jié)構(gòu)參數(shù),如孔徑(通常范圍從50μm到1000μm),孔隙形狀和孔隙率必須加以控制。對于骨組織工程支架而言,一般認為較適合的孔徑是200μm到400μm。此外,由納米纖維結(jié)構(gòu)構(gòu)成的多孔支架可以模仿膠原纖維(直徑50 nm到500 nm)等天然ECM組分的微納結(jié)構(gòu),能夠促進細胞在支架表面的粘附、增殖和分化。本研究在傳統(tǒng)熱致相分離技術的基礎上,發(fā)明濁點熱致相分離法(CP-TIPS),在PLLA/二氧六環(huán)/H_2O三元體系中,一步制備出了孔徑為300μm~400μm,同時具有納米纖維結(jié)構(gòu)的PLLA多孔支架。詳細考察了傳統(tǒng)熱致相分離法與濁點熱致相分離法對PLLA多孔支架表面形貌、相轉(zhuǎn)變、結(jié)晶行為、晶體結(jié)構(gòu)、分子鏈構(gòu)象與排列的影響和變化趨勢。發(fā)現(xiàn)同樣的高水含量(14%)條件下,傳統(tǒng)熱致相分離法制得的多孔支架中PLLA以片狀α-型晶體為主,濁點熱致相分離法會使PLLA在相分離過程中的結(jié)晶方式發(fā)生轉(zhuǎn)變,結(jié)晶以α′-型晶體為主,支架孔壁保持納米纖維結(jié)構(gòu)。隨后利用CP-TIPS法制備的PLLA多孔支架在溶脹后具有良好彈性和韌性的特點,通過機械擠壓的方式,將較高濃度的粘稠殼聚糖(CS)醋酸水溶液(最高可達3%w/v)吸入多孔支架內(nèi)部,對PLLA進行表面改性。詳細表征了PLLA/CS支架的形貌、力學性能、吸水能力及體外降解性能,研究了mBMSCs細胞在不同殼聚糖含量的支架內(nèi)的成骨分化能力,并使用大鼠顱骨臨界缺損模型評價PLLA/CS支架的骨修復性能。研究結(jié)果表明殼聚糖的加入大幅改善了支架的親水性、機械性能、體外降解過程中pH穩(wěn)定性能。mBMSCs細胞在PLLA/CS支架顯示出了更好的增殖以及成骨分化性能。在體內(nèi)實驗中,PLLA/CS支架顯著促進了缺損處新骨組織的形成。此外還利用熱致相分離法制備了具有開放孔結(jié)構(gòu)的PLLA/卵磷脂支架,并研究了卵磷脂的加入對PLLA支架的形貌、結(jié)晶性能、親疏水性、細胞相容性以及成骨性能的影響。卵磷脂的加入降低了支架中PLLA的結(jié)晶度,并大幅提升了PLLA支架的親水性。通過mBMSCs細胞在支架表面的增殖和分化實驗,以及大鼠顱骨臨界缺損修復實驗說明,適當卵磷脂的加入能促進細胞在支架上的增殖,提升細胞的成骨分化能力和支架的骨修復性能。理想的骨組織工程支架一方面要求較高的孔隙率,以保證細胞在支架中的生長、新組織的發(fā)育和血管化等功能的實現(xiàn)。同時又希望支架能有一定的機械強度,能夠保持自身形狀的同時,還能部分恢復骨組織的功能。但是在實際支架制備和設計過程中,在要求大孔徑和高孔隙率的情況下與追求較強機械性能是互相矛盾的。如何解決支架高孔隙率與高機械性能之間的矛盾一直都是組織工程中的難點。本研究進一步通過模仿人體骨組織中松質(zhì)骨和密質(zhì)骨的結(jié)構(gòu),利用熱致相分離法制備了具有內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)的仿骨組織PLLA多孔支架,以解決高孔隙率與機械性能之間的矛盾。仿骨組織雙層支架呈圓柱形,由內(nèi)外兩種不同結(jié)構(gòu)和成分的PLLA支架構(gòu)成。外層使用高濃度(大于10%w/v)PLLA溶液制備而成,為支架提供良好的機械性能;內(nèi)層使用低濃度(小于4%w/v)PLLA溶液制備成具有大孔結(jié)構(gòu)的支架,為細胞和新組織的生長提供空間。詳細研究了支架雙層結(jié)構(gòu)的制備及影響因素;采用不同的熱致相分離法構(gòu)建內(nèi)層多孔納米纖維支架,采用傳統(tǒng)熱致相分離法構(gòu)建外層致密納米纖維支架,同時通過在外層復合羥基磷灰石,內(nèi)層復合殼聚糖或卵磷脂,成功獲得多種具有復雜結(jié)構(gòu)和化學成分的PLLA多孔支架;初步探究了雙層結(jié)構(gòu)對mBMSCs細胞在支架內(nèi)部增殖的影響。
【圖文】：

圖 1-1 組織工程基本方法示意圖-1 Schematic diagram of basic method for tissue enginee架及支架材料

圖 1-2 聚乳酸的分子結(jié)構(gòu)式Figure 1-2 Polylactides formulae，相對于其他聚合物能夠耐受較高的溫右，熔點( Tm)為 170 ℃，， 起始失重溫
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R318.08

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本文編號：2637499