【摘要】：表面改性是有效改善植入材料骨再生能力的重要方法。骨再生依賴(lài)于細(xì)胞粘附生長(zhǎng)所需要的細(xì)胞外基質(zhì)微環(huán)境(ECM),特別是ECM中的多級(jí)微納網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和生物分子在調(diào)節(jié)細(xì)胞行為和骨組織的再生過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本文的主要研究是在植入材料表面構(gòu)建仿ECM功能的微環(huán)境,賦予植入材料表面微納結(jié)構(gòu)和有效生長(zhǎng)因子釋放體系,從而改善植入器械表面的骨再生能力,具體分為以下內(nèi)容:為提高雙相鈣磷陶瓷支架(BCP)的成骨誘導(dǎo)再生能力,制備出載骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP-2)的殼聚糖/硫酸軟骨素納米顆粒,并固定在BCP表面。載BMP-2的殼聚糖/硫酸軟骨素納米顆粒由聚電解質(zhì)的靜電絡(luò)合作用形成,該過(guò)程中不涉及到有機(jī)溶劑和高溫,保證了包覆的生長(zhǎng)因子的活性。通過(guò)靜電作用和物理吸附方式將該納米顆粒固定在BCP支架表面,實(shí)現(xiàn)了 BMP-2在BCP表面的緩慢釋放。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)培養(yǎng)結(jié)果揭示單純BCP支架,固定納米顆粒的BCP支架、固定納米顆粒的聚多巴胺涂層修飾的BCP支架都利于細(xì)胞的粘附、增值和分化。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)比單純BCP支架,載有納米顆粒的BCP支架能誘導(dǎo)更多異位骨的形成,證實(shí)包裹BMP-2的多糖納米顆粒提高了 BCP支架的成骨能力。采用氧化聚合方法制備出具有粘附特性和蛋白親和性的聚多巴胺納米顆粒(PDA-NPs)。該納米顆�？梢杂行У恼掣皆诟鞣N多孔支架的表面,且在支架表面的覆蓋率可以精確調(diào)控。此外,經(jīng)PDA-NPs修飾后的支架,其表面還具有納米結(jié)構(gòu)。更重要的是該方法提高了支架表面對(duì)生物蛋白的固載量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),β-磷酸三鈣(TCP)支架表面修飾PDA-NPs后表現(xiàn)出良好的骨誘導(dǎo)性,主要?dú)w因于PDA-NPs的蛋白親和性和TCP支架固有的生物活性。PDA-NPs的引入提高了 TCP支架表面的ECM蛋白負(fù)載率,并且實(shí)現(xiàn)了 BMP-2在其表面的緩釋。PDA-NPs和其吸附BMP-2能協(xié)同增強(qiáng)BMSCs的活性,以及在體內(nèi)誘導(dǎo)新骨形成能力。總之,PDA-NPs在不影響支架材料本身固有成骨特性前提下,提高了多孔支架表面的生物分子固定效率和細(xì)胞活性。通過(guò)自組裝技術(shù)在鈦表面制備出仿ECM功能的具有微多孔結(jié)構(gòu)和粘附特性的聚多巴胺(PDA)微囊,從而提高鈦表面的生物活性。該多孔結(jié)構(gòu)的制備分為以下幾步;首先,在磺酸化的聚苯乙烯微球表面聚合一層PDA涂層,形成PDA包裹的聚苯乙烯微球。然后,通過(guò)靜電作用和化學(xué)交聯(lián)作用,在醫(yī)用金屬表面循環(huán)沉積PDA包裹的聚苯乙烯微球和聚陽(yáng)離子殼聚糖,得到以聚苯乙烯微球?yàn)楹诵牡牡耐繉印Ｗ詈蟛捎糜袡C(jī)溶劑刻蝕掉該涂層中的聚苯乙烯微球核心,得到以聚多巴胺微囊為核心的多孔微結(jié)構(gòu)涂層。該涂層不僅能夠促進(jìn)細(xì)胞在其表面的粘附和生長(zhǎng),還有利于生長(zhǎng)因子的固定和緩慢釋放,這歸因于PDA固有的粘附性和涂層本身多孔結(jié)構(gòu)。更重要的是該涂層與BMP-2的結(jié)合能協(xié)同促進(jìn)BMSCs的增殖與分化,并能誘導(dǎo)體內(nèi)的新骨快速形成。這種具有細(xì)胞親和性和生長(zhǎng)因子緩釋特性的多孔PDA微囊涂層,在組織工程領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用潛力。采用自組裝技術(shù)將多糖修飾的白蛋白納米顆粒固載在鈦表面,在鈦表面構(gòu)建具有納米結(jié)構(gòu)的仿ECM的生物活性涂層。首先,通過(guò)去溶劑法制備出包裹生長(zhǎng)因子(BMP-2)的白蛋白納米顆粒,再在其表面組裝殼聚糖涂層,從而形成包裹BMP-2的帶正電的殼聚糖修飾的白蛋白納米顆粒。其次,用同樣的方法獲得載有萬(wàn)古霉素的殼聚糖修飾的白蛋白納米顆粒,并且再在其表面包覆一層氧化海藻酸鈉涂層,形成帶負(fù)電的載有萬(wàn)古霉素的白蛋白納米顆粒。最后,以上兩種分別載有不同藥物的且電性相異的納米顆粒,在靜電作用和共價(jià)作用的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)組裝在鈦表面,形成具有多孔的納米結(jié)構(gòu)。該納米多孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了 BMP-2和萬(wàn)古霉素的長(zhǎng)期緩慢釋放。BMSCs培養(yǎng)結(jié)果表明納米多孔結(jié)構(gòu)能促進(jìn)細(xì)胞粘附、增值和分化,這種有利影響主要來(lái)自于涂層中與細(xì)胞偽足相似的納米結(jié)構(gòu)。BMP-2的載入促進(jìn)了 BMSCs的成骨特性,多糖修飾的白蛋白納米結(jié)構(gòu)與BMP-2具有協(xié)同促進(jìn)細(xì)胞活性的效果。抗菌實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明萬(wàn)古霉素的載入提高了納米結(jié)構(gòu)的抗菌效果,并且萬(wàn)古霉素的加入不會(huì)影響該涂層的生物活性。為提高復(fù)合涂層的載藥率和粘附性能,構(gòu)建以聚多巴胺(PDA)功能化納米顆粒為基元的CaP/高分子載藥納米仿生活性涂層。首先,采用化學(xué)合成的方法制備出羥基磷灰石納米顆粒(HA-NPs),對(duì)HA-NPs表面進(jìn)行修飾得到具有粘附功能的PDA包裹的HA-NPs(PHA-NPs)。其次,利用多巴胺的氧化自聚合制備出具有粘附功能的PDA納米顆粒(PDA-NPs)。最后用層層自組裝的方法在Ti表面循環(huán)交替沉積PHA-NPs和PDA-NPs,借助PDA本身特有的粘附性構(gòu)建了具有納米結(jié)構(gòu)的仿生涂層。該納米涂層提高了 BMP-2的載藥率,并且實(shí)現(xiàn)了 BMP-2在其表面的緩慢釋放。最后通過(guò)BMSCs細(xì)胞培養(yǎng)及大鼠大腿骨髓腔植入實(shí)驗(yàn),評(píng)價(jià)該仿生涂層的生物活性及骨誘導(dǎo)性。BMSCs細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果表明通過(guò)層層自組裝制備的納米涂層可以促進(jìn)細(xì)胞的粘附、增值及向成骨分化。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明涂層中的HA與BMP-2協(xié)同促進(jìn)新骨形成。
【圖文】：

圖１－１密骨的多級(jí)結(jié)構(gòu)，骨組織含有致密的鈣化外層（Ａ），鈣化層包括很多圓柱狀的哈弗斯系統(tǒng)或逡逑骨單位（Ｂ）。細(xì)胞聚居在具有粘附位點(diǎn)的微米（Ｃ）或納米（Ｄ）結(jié)構(gòu)的細(xì)胞外基質(zhì)（ＥＣＭ康面［４１逡逑骨組織的化學(xué)組成：骨的化學(xué)組分包括以下三部分（圖１－２）：邋１）骨組織中約７０％的逡逑成分為羥基磷灰石晶體。２）不溶性大分子，包括纖維狀膠原蛋白、非膠原糖蛋白（如彈逡逑性蛋白、層粘蛋白或纖粘蛋白）以及疏水性糖蛋白。膠原蛋白、非膠原蛋白、糖蛋白是逡逑骨基質(zhì)中主要的有機(jī)成分，它們占到骨基質(zhì)有機(jī)成分的９０％以上，在骨的礦化成核及逡逑

邐１０卻逡逑＇邋ｌｎｍ逡逑圖１－１密骨的多級(jí)結(jié)構(gòu)，骨組織含有致密的鈣化外層（Ａ），鈣化層包括很多圓柱狀的哈弗斯系統(tǒng)或逡逑骨單位（Ｂ）。細(xì)胞聚居在具有粘附位點(diǎn)的微米（Ｃ）或納米（Ｄ）結(jié)構(gòu)的細(xì)胞外基質(zhì)（ＥＣＭ康面［４１逡逑骨組織的化學(xué)組成：骨的化學(xué)組分包括以下三部分（圖１－２）：邋１）骨組織中約７０％的逡逑成分為羥基磷灰石晶體。２）不溶性大分子，包括纖維狀膠原蛋白、非膠原糖蛋白（如彈逡逑性蛋白、層粘蛋白或纖粘蛋白）以及疏水性糖蛋白。膠原蛋白、非膠原蛋白、糖蛋白是逡逑骨基質(zhì)中主要的有機(jī)成分，，它們占到骨基質(zhì)有機(jī)成分的９０％以上，在骨的礦化成核及逡逑
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB306;R318.08

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本文編號(hào)：2558498