本文關鍵詞：硫酸軟骨素基可注射水凝膠的制備及其作為骨修復支架的研究　出處：《蘭州大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：近年來,以可注射水凝膠作為骨組織工程支架用于骨修復已成為組織再生醫(yī)學研究的熱點。作為生物醫(yī)用載體材料的可注射水凝膠具有諸多優(yōu)勢,如其具有仿生細胞外基質(zhì)(ECM)的結構、可以通過微創(chuàng)注射的方式使用、水凝膠前驅(qū)體溶液可以填充于不規(guī)則的組織缺損等。然而,在骨修復研究中,可注射水凝膠的凝膠化時間不易控制、其機械強度不足、吸水能力有限、具有一定毒性等問題亟待解決。針對上述問題,本學位論文選擇天然多糖硫酸軟骨素(ChS)作為制備可注射水凝膠的材料之一,通過Diels-Alder(DA)點擊共價鍵交聯(lián)與其他非共價鍵交聯(lián)或動態(tài)共價鍵交聯(lián)制備了一系列雙重及三重交聯(lián)可注射水凝膠。通過核磁共振波譜儀(NMR)和傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)對聚合物的結構進行了表征,通過倒置法和流變儀測定了可注射水凝膠的凝膠化時間,通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了可注射水凝膠的內(nèi)部形貌,通過稱重法測定了可注射水凝膠的吸水能力,通過動態(tài)熱-機械分析儀(DMA)測定了可注射水凝膠的機械性能,通過四甲基偶氮唑鹽微量酶反應比色(MTT)法測定了可注射水凝膠的體外細胞毒性,通過體外和體內(nèi)降解實驗考察了可注射水凝膠的降解行為,最后通過建立動物骨缺損模型,考察了可注射水凝膠作為骨組織工程支架的可行性。具體研究內(nèi)容及結果如下:1.通過主客體識別合成了溫敏型樹枝狀超分子聚合物聚酰胺-胺(PAMAM)@聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)[PAMAM@PNIPAM],通過EDC及DCC縮合分別合成了大分子硫酸軟骨素基雙烯體(ChS-F)和聚乙二醇基親雙烯體交聯(lián)劑(PEG-AMI),以三種所合成的聚合物制備了非共價鍵和DA點擊共價鍵雙重交聯(lián)可注射水凝膠。重點考察了兩種交聯(lián)方式對可注射水凝膠的凝膠化時間、機械強度和降解性能的影響。通過SEM觀察了可注射水凝膠的內(nèi)部形貌。通過MTT法測定了可注射水凝膠的體外細胞毒性。通過建立小鼠脛骨缺損模型,將水凝膠植入到缺損部位,使用小動物活體成像系統(tǒng)和病理組織切片的方法考察了雙重交聯(lián)可注射水凝膠對于骨修復的作用。研究結果表明,PAMAM@PNIPAM可以發(fā)生溶液-凝膠相轉(zhuǎn)變形成非共價鍵交聯(lián),ChS-F與PEG-AMI之間可以發(fā)生DA點擊反應形成共價鍵交聯(lián),二者協(xié)同作用使可注射水凝膠同時具有較高的含水量(98%)和強度(25 MPa),并且可以在不負載細胞與生長因子的情況下具有一定的骨修復性能。2.采用另外一種具有溫度敏感性的聚合物普朗尼克F127合成了親雙烯體交聯(lián)劑(F127-AMI),與硫酸軟骨素基雙烯體通過體外DA點擊反應合成了溫敏型共聚物F127@ChS。通過倒置法、流變儀和差示掃描量熱儀(DSC)考察了F127@ChS的溫敏行為。通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察了F127@ChS的形貌。將F127@ChS與交聯(lián)劑PEG-AMI反應,制備了雙重交聯(lián)可注射水凝膠F127@ChS-PEG。研究了PEG-AMI交聯(lián)劑的加入量對于所制備的可注射水凝膠的吸水性能、內(nèi)部結構和機械強度的影響。通過SEM觀察了可注射水凝膠的內(nèi)部形貌。通過MTT法測定了可注射水凝膠的體外細胞毒性。建立大鼠顱骨缺損模型,選擇骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP-4)為骨修復因子載入可注射水凝膠中并植入到顱骨缺損部位,通過小動物活體成像儀和制備病理組織切片考察了載有BMP-4的可注射水凝膠在骨再生中的作用。研究結果表明,F127@ChS的凝膠化濃度遠低于F127,可以發(fā)生溶液-凝膠相轉(zhuǎn)變形成非共價鍵交聯(lián),與PEG-AMI發(fā)生DA點擊反應形成共價鍵交聯(lián),二者協(xié)同作用形成雙重交聯(lián)可注射水凝膠,該可注射水凝膠可以負載BMP-4用于骨修復。3.在第二章工作的基礎上,制備了基于F127@ChS-F127的雙重交聯(lián)可注射水凝膠。通過SEM觀察了可注射水凝膠的內(nèi)部形貌。通過稱重法考察了可注射水凝膠的吸水性能。通過流變儀研究了F127-AMI的加入對于可注射水凝膠的流變學性能的影響。通過MTT法測定了可注射水凝膠的體外細胞毒性。建立大鼠顱骨缺損模型,選擇BMP-4為骨修復因子載入可注射水凝膠中并植入到顱骨缺損部位,通過小動物活體成像儀和制備病理組織切片考察了載有BMP-4的可注射水凝膠在骨再生中的作用。研究結果表明,與第二章工作所制備的F127@ChSPEG可注射水凝膠相比,F127@ChS-F127可注射水凝膠的機械強度更高,對于骨缺損的修復效果更好。4.在第二、三章工作的基礎上,在F127@ChS上修飾了酰肼基團,合成了F127@ChS/furan/ADH。通過高碘酸鈉氧化合成了含有醛基的硫酸軟骨素(OChS)。使用雙管注射器制備了基于非共價鍵交聯(lián)、DA點擊共價鍵交聯(lián)和酰腙鍵交聯(lián)的可注射水凝膠F127@ChS-PEG-OChS。重點考察了不同的交聯(lián)方式對于可注射水凝膠的物理化學性能的影響,如機械強度、吸水能力、自修復性能及流變學性質(zhì)等。通過體外及體內(nèi)降解實驗考察了可注射水凝膠的降解行為。通過MTT法測定了可注射水凝膠的體外細胞毒性。建立大鼠顱骨缺損模型,選擇BMP-4為骨修復因子載入可注射水凝膠中并植入到顱骨缺損部位,通過小動物活體成像儀和制備病理組織切片考察了載有BMP-4的可注射水凝膠在骨再生中的作用。研究結果表明,可注射水凝膠的物理化學性能可以通過調(diào)整其交聯(lián)方式進行控制,酰腙鍵的引入給予了水凝膠自修復的功能,該可注射水凝可以負載BMP-4用于骨修復。5.在上述工作的基礎上,選擇了另一種天然多糖海藻酸鈉(SA)分別合成了含有酰肼和醛基的聚合物(SA-ADH與OSA)。使用雙管注射器制備了基于非共價鍵交聯(lián)、DA點擊共價鍵交聯(lián)和酰腙鍵交聯(lián)的可注射水凝膠。重點考察了引入酰腙鍵交聯(lián)的SA對可注射水凝膠的吸水性能、機械強度和降解行為的影響。通過SEM觀察了可注射水凝膠的內(nèi)部形貌。通過宏觀觀察法考察了可注射水凝膠的自修復性能。通過MTT法測定了可注射水凝膠的體外細胞毒性。建立大鼠顱骨缺損模型,選擇可降解的無機材料生物玻璃(BG)為骨修復材料載入可注射水凝膠中并植入到顱骨缺損部位,通過小動物活體成像儀和制備病理組織切片考察了載有BG的可注射水凝膠在骨再生中的作用。研究結果表明,引入酰腙鍵交聯(lián)的SA降低了水凝膠的吸水能力,但是增大了其機械強度并延長了降解時間,可注射水凝膠可以負載BG用于骨修復。
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【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R318.08;R68
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本文編號：1354986