【摘要】：多嵌段結(jié)構(gòu)的熱塑性醫(yī)用聚氨酯彈性體(Thermoplastic polyurethane,TPU)力學性能優(yōu)良,成型加工方式多,在人工血管、導管、心臟補片、骨和軟骨替代中有廣泛應用。但TPU材料仍存在親水性、生物活性、降解性和細胞相容性有待提高的問題,距骨組織修復與再生材料的需求仍有差距。本研究針對聚酯型聚氨酯疏水性強而導致的降解速率慢、細胞粘附性以及成骨活性不佳的問題,嘗試將精氨酸引入聚氨酯結(jié)構(gòu)以改善其親水性,同時將合成聚氨酯與埃洛石復合以改善其成骨特性。研究首先將苯磺酸保護的精氨酸與二醇(碳原子數(shù)x=2,4,6,8)進行縮合反應得到氨端基精氨酸二酯(L-Arg-x),紅外、核磁等分析測試結(jié)果表明得到與設計相一致的L-Arg-x分子,實驗結(jié)果表明隨著碳原子數(shù)的增加,反應收率逐漸提高,從17.63%到67.30%。采用收率最高的兩種精氨酸二醇酯合成了一系列具有精氨酸含量的聚酯脲氨酯。測試結(jié)果表明精氨酸的引入顯著改善了親水性,隨著精氨酸的引入,接觸角從109.67±3.92~o降低到59.10±0.61~o。膜表面Zeta電位(pH~7)從-20 mV提高到130 mV。材料降解性能也得到顯著改善,在60天時,不含精氨酸的聚氨酯材料失重率不足1%,不同精氨酸含量的材料的失重率提升到6%~30%。聚酯脲氨酯的生物學評價顯示合成材料無細胞毒性,細胞在材料表面的粘附與增殖顯著改善,但精氨酸含量偏高(A8-2.0材料)也會導致粘附活細胞比例減少。細胞遷移實驗還表明,材料表面的正電荷利于干細胞遷移。骨髓基質(zhì)干細胞在精氨酸聚酯脲氨酯材料表面的成骨誘導研究表明,干細胞的COL1和BMP4表達水平上調(diào)。埃洛石納米管與聚酯脲氨酯復合提高了材料的力學性能,電鏡觀察表明埃洛石在材料內(nèi)部分散均勻。細胞體外礦化結(jié)果顯示埃洛石納米管(Halloysite nanotubes,HNTs)可有效增強牙髓干細胞(Human dental pulp stem cells,hDPSC)體外礦化作用,A8-1.2/6%HNTs的復合材料效果最為明顯,同時,細胞成骨實驗還表明,在含6%HNTs的復合材料上,COL1、BMP4和RUNX2的表達水平顯著上調(diào),hDPSC細胞成骨分化能力提高。大鼠顱骨缺損模型修復實驗表明,A8-1.2/6%HNTs復合材料補片可顯著促進臨界尺寸顱骨缺損的修復,在12周時,缺損處相對骨體積分數(shù)(BV/TV)達到(71.65±11.40)%,顯著優(yōu)于未加HNTs的材料組。巨噬細胞在PEUU和PEUU/HNTs上的共培養(yǎng)研究表明,在聚酯脲氨酯及其埃洛石復合材料上,巨噬細胞分泌促炎因子TNF-α水平下調(diào),破骨相關因子IL-6和OSM的分泌上調(diào),此外,成骨相關因子BMP2在A8-1.2和A8-1.2/6%HNTs上都顯著上調(diào),A8-1.2和A8-1.2/6%HNTs材料上早期巨噬細胞調(diào)節(jié)的破骨活動和促骨生成可能對骨重塑起到了重要作用,從而使A8-1.2/6%HNTs具有更好的骨修復效果。研究合成出來氨端基精氨酸二醇酯并以此為基礎合成除了含精氨酸結(jié)構(gòu)的可降解聚酯脲氨酯材料,改善了合成聚氨酯親水性、降解性和細胞相容性,并制備出了該聚氨酯與HNTs的復合材料,復合材料具有促進骨再生的能力。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：R318.08;TB332
【圖文】：

骨修復的材料也仍多集中在可生物降解的聚乳酸、聚乙醇酸、很好的降解性，但其快速的降解也會引起組織局部酸性物質(zhì)環(huán)境等問題。因而，綜合各種材料優(yōu)勢的復合材料受到研究者們種類更為繁多，至今仍未有公認的理想材料，仍處于不斷探索材料酯的結(jié)構(gòu)與在生物材料上的應用彈性體（TPU）是一大類包含了聚氨酯、聚脲和聚氨酯脲結(jié)構(gòu)氨酯的結(jié)構(gòu)以及氨酯和脲的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-1 所示，軟段多低于室溫的低聚分子鏈，硬段通常是由二異氰酸酯與二胺或二強氫鍵作用。在典型的聚氨酯中，通過選擇和調(diào)整不同的軟段多樣可調(diào)的彈性體材料。

圖 1-2 L-精氨酸的化學結(jié)構(gòu) 1-2 Chemical structure of L-氨酸起到了重要作用，傷提高可增加 NO 的產(chǎn)生[32的磷酸化來增強上皮細生成、細胞增殖、膠原凋亡[35]。傷口中存在精氨，促進傷口修復[36]。有研究報道，如基于精氨ster urea urethane), PEUU基于精氨酸的聚酯酰胺（ 涂層[38]都具有優(yōu)良的細

華南理工大學碩士學位論文 1β（IL-1β））可激活炎性巨噬細胞（M1），誘導破骨細胞生成，導致骨吸收，的促炎因子的釋放常伴隨高破骨細胞活動，導致骨侵蝕，但研究也表明一定的折愈合的早期骨重塑中具有重要作用[58-60]。Oncostatin M（OSM）使用與 IL-6體亞單元進行信號傳遞，可以刺激成骨細胞產(chǎn)生 RANKL，促進破骨細胞形成 IL-6 協(xié)同作用，已有研究表明 IL-6 的敲除會延緩受損組織的成熟、礦化和重 的敲除則會導致骨折愈合早期新生骨的減少[61, 62]�；罨� M2 巨噬細胞會分子（TNF- 、TGF-β1、TGF-β3）促進纖維組織的生成，但其分泌 BMP2 和 V也能起到促進骨的生成的作用[63, 64]。材料的表面性質(zhì)如微觀結(jié)構(gòu)、親疏水性、表面電荷等，很大程度上會決定免疫料上的生物學行為（圖 1-3）。一般來說，疏水材料比親水材料更易導致局部原應，陽離子比陰離子更可能促進炎癥反應[65, 66]。

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本文編號：2778172