【摘要】：單分散、球形納/微米生物活性玻璃顆粒(NMBGs)作為藥物載體、基因載體、骨組織工程支架和創(chuàng)面修復材料都具有廣闊的應(yīng)用前景,但其對細胞學性能的影響沒有得到系統(tǒng)的研究,特別是球形生物活性玻璃顆粒的粒徑對細胞性能的影響至今未見報道。本論文以十二胺為催化劑和模板劑,通過控制十二胺的濃度可精確控制生物活性玻璃微球的粒徑從61 nm到1085 nm。制備的生物活性玻璃具有完美的球形形態(tài)、單分散性好、粒度分布范圍窄且具有多級結(jié)構(gòu)。NMBGs顆粒中Ca2+主要分布在表面,形成一個陽離子殼層。在模擬體液(SBF)中的降解實驗顯示,Ca的離子濃度在1d時達到峰值,Si離子釋放3 d時達到一個穩(wěn)定的階段,并且3 d時顆粒表面有大量的針狀羥基磷灰石晶體附著,將顆粒連接在一起。細胞毒性研究顯示,NMBGs(從Group-61nm到Group-1085nm)對MC3T3-E1細胞代謝活性及細胞增殖能力的影響具有粒度、濃度和時間依賴效應(yīng),粒徑越大濃度越高的顆粒會引起更大的細胞毒性。而隨著共培養(yǎng)時間的延長,與低濃度(50μg/m L)和小粒徑生物活性玻璃顆粒(Group-61nm,Group-174nm和Group-327nm)共培養(yǎng)的細胞活性反而能部分恢復,說明NMBGs對細胞代謝和增殖能力的影響不是永久性行為。細胞凋亡實驗顯示,只有150μg/m L的NMBGs會引起明顯細胞凋亡,且細胞凋亡除Group-61nm組外也具有粒度依賴效應(yīng),粒徑的越大的顆粒引起的細胞凋亡越明顯。細胞形態(tài)的改變也具有粒度、濃度和時間依賴效應(yīng),粒徑越大濃度越高的顆粒會引起細胞更大的形態(tài)改變(100和150μg/mL濃度下,Group-743nm組、Group-990nm和Group-1085nm組細胞量少,細胞皺縮成團,單個細胞瘦長且細胞核不夠清晰,細胞有大量的色素凝聚或是染色質(zhì)的固縮),而在低濃度組(50μg/m L)和小粒度組(Group-61nm,Group-174nm和Group-327nm)隨共培養(yǎng)時間的延長,細胞形態(tài)的改變能部分恢復。細胞微觀結(jié)構(gòu)的改變也具有粒度依賴性,隨著粒徑增大運輸泡增多,微絨毛變少,線粒體脊變得模糊。MC3T3-E1細胞通過吞噬的形式實現(xiàn)NMBGs的內(nèi)在化,通過運輸泡運輸顆粒。NMBGs通過MC3T3-E1細胞核周邊的細胞膜粘附并被吞噬,而不會被細胞核上方的細胞膜吞噬。吞噬顆粒的尺寸受細胞大小和細胞內(nèi)空間的限制。進入細胞后,小顆粒(Group-61nm和Group-174nm)被溶酶體吞噬并傾向于滯留在溶酶體內(nèi),將被逐步降解,大顆粒(粒徑大于174nm)將從溶酶體逃逸進細胞質(zhì),引起溶酶體破裂而導致細胞凋亡。顆粒在細胞內(nèi)的降解實驗顯示,NMBGs被細胞吞噬后,Ca離子最先從NMBGs中釋放出來,在10 d時可釋放完全。磷酸根也從玻璃網(wǎng)絡(luò)中解離下來進入細胞質(zhì)中并在7 d時釋放完。Si-O網(wǎng)絡(luò)在細胞內(nèi)遭到層層瓦解剝離,在此過程中NMBGs基本維持近似球形或橢球形形貌,邊緣和表面變得粗糙,最后在細胞質(zhì)中形成一些模糊的痕跡,則整個顆粒被降解掉。NMBGs在細胞內(nèi)的不同位置降解程度不同,在胞內(nèi)體內(nèi)相比在細胞質(zhì)內(nèi)降解的更快。細胞在材料上粘附的形態(tài)學研究顯示,細胞完全平鋪在材料上,相比Blank鋪展程度更好,說明NMBGs(除Group-1085nm組)對細胞的鋪展還是非常有利的。Group-1085nm組和Group-77S組會導致粘附在材料上的細胞部分破裂,造成細胞的死亡,這說明大顆粒不利于細胞的粘附。細胞在30min時可以部分吞噬NMBGs,在顆粒濃度為150μg/m L時細胞的粘附性具有粒徑依賴性,隨著顆粒尺寸的增大,4h時粘附的細胞數(shù)量下降,特別是Group-990nm組和Group-1085nm組與Blank相比其下降的程度具顯著性差異(p0.05)。NMBGs的內(nèi)吞會破壞細胞的微絲或阻礙微絲的重構(gòu)。微絲的破壞程度和顆粒的粒徑之間存在一定的依賴性關(guān)系,粒徑越大微絲破壞程度越大,NMBGs對微絲的破壞程度與細胞遷移程度基本一致。在10%FBS濃度下,遷移實驗主要受顆粒粒徑的影響。50μg/m L的濃度下,細胞的遷移性基本表現(xiàn)出粒徑依賴性,即隨著顆粒粒徑的增大遷移速度下降但無統(tǒng)計學差異。NMBGs各組細胞-細胞連接完整。Group-77S組因為顆粒的沉積使細胞-細胞之間的連接變得不夠緊密,且沉積在劃痕區(qū)的顆粒阻礙了龍頭細胞的遷移速率導致整體遷移速率的降低。通過以上分析我們得出,球形的納/微米生物活性玻璃粒徑在61 nm到327 nm,濃度低于100μg/m L時更安全。因此,這種粒徑和濃度的納/微米生物活性玻璃球形顆粒做為藥物、基因載體或組織工程支架材料更有應(yīng)用前景。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R318.08

【共引文獻】

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本文編號：2524345