摻鍶絲素蛋白納米纖維材料的研制及其用于膜引導骨再生的實驗研究.pdf

1、隨著種植牙技術的普及及相關材料學、再生醫(yī)學的發(fā)展，種植牙已成為缺牙修復的首選方式。然而，重建缺牙區(qū)域的牙槽骨組織，提高種植修復的長期成功率和美觀效果，仍然是臨床治療中亟待解決的難題。
　　引導骨再生技術是解決這一難題最常用、最有效的方法之一，該技術的關鍵在于通過使用屏障膜物理性地阻隔軟組織與骨缺損區(qū)域，給骨缺損區(qū)域創(chuàng)建一個相對穩(wěn)定的骨再生空間，保護生長且遷移速度較慢的前體成骨細胞進入骨缺損區(qū)，達到缺損區(qū)骨質的修復性再生。膠原膜是一

2、種最為常見的生物屏障膜材料，然而良好的生物相容性并不能彌補其力學性能低、骨誘導能力不足等缺陷。絲素蛋白作為一種新型的生物醫(yī)用材料，具有良好的生物相容性、優(yōu)異的力學性能以及可控的降解性和可塑性，已被廣泛用于骨組織工程領域的研究。近年來，鍶作為一種新型的骨誘導元素，被證實對骨代謝具有雙向調(diào)節(jié)作用，有利于骨組織的修復再生。
　　本研究中，我們以絲素蛋白材料為主體，采用靜電紡絲技術構建含鍶元素的仿生絲素蛋白生物膜，系統(tǒng)地對材料的理化特性進

3、行表征，研究材料對于骨髓間充質干細胞粘附、增殖及成骨向分化的影響，并通過動物實驗進一步驗證材料用于膜引導骨再生的可行性，為新型引導骨再生生物膜的優(yōu)化及開發(fā)提供參考。
　　第一部分 改良絲素蛋白納米纖維膜的制備及其用于修復大鼠顱骨缺損的效果評價
　　目的:
　　研究采用新型酸鹽溶解體系及靜電紡絲技術制備的改良純絲素蛋白膜的理化特性，并將其用于大鼠顱骨缺損的修復治療，探討將這種絲素蛋白膜代替引導骨再生膜的可行性。
　

4、　方法:
　　1.本實驗在前期研究的基礎上，使用新型的溴化鋰-甲酸溶解體系溶解蠶絲，利于靜電紡絲技術制備絲素蛋白納米纖維膜。
　　2.利于掃描電子纖維鏡觀察材料的形貌特征，紅外光譜儀分析材料的結構成分，萬能力學試驗機測試材料的力學性能。
　　3.將絲素蛋白納米纖維膜與Bio-gide(R)膠原膜分別植入大鼠顱骨缺損模型，采用Micro-CT檢測、H&E染色及Ⅰ型膠原免疫組織化學染色評估術后4周與12周時的骨缺損修復情況

5、。
　　結果:
　　1.絲素蛋白膜由隨機取向的納米纖維組成，纖維直徑為200-600納米，該絲素蛋白膜的力學性能要優(yōu)于膠原膜。
　　2.大鼠顱骨缺損修復實驗結果顯示:術后4周時，絲素蛋白膜的引導骨再生效果優(yōu)于膠原膜;術后12周時，兩組骨修復均已接近完成。
　　結論:
　　在本部分實驗中，我們使用靜電紡絲技術配合新型的蠶絲溶解體系，成功制備了具有良好力學性能的絲素蛋白納米纖維膜，該膜具有良好的生物相容性、一定

6、的骨引導再生能力及與骨再生相適應的降解速率，同時絲素蛋白材料來源廣泛、價格適中，可以作為制備引導骨再生膜的潛在替代材料。
　　第二部分 氯化鍶/絲素蛋白納米纖維膜的制備及其用于膜引導骨再生的實驗研究
　　目的:
　　在第一部分實驗的基礎上，嘗試將骨誘導元素鍶引入絲素蛋白納米纖維膜中，制備氯化鍶/絲素蛋白納米纖維膜，表征膜材料的理化性能，研究其對于大鼠骨髓間充質干細胞增殖、分化的影響，通過動物實驗驗證其用于引導骨再生膜的

7、可行性。
　　方法:
　　1.在對絲素蛋白溶液進行靜電紡絲的過程中加入氯化鍶溶液，制成氯化鍶/絲素蛋白納米纖維膜。
　　2.掃描電子顯微鏡觀察材料的形貌特征，X射線衍射儀及X射線光電子能譜儀分析材料的結構組成，浸提實驗檢測材料中鍶離子的釋放曲線。
　　3.體外大鼠全骨髓貼壁法分離培養(yǎng)間充質干細胞，進行細胞分子表型及成骨、成脂向分化鑒定。
　　4.將大鼠骨髓間充質干細胞與材料共培養(yǎng)，通過掃描電鏡觀察及CCK-

8、8檢測細胞的增殖、粘附情況。
　　5.對與材料共培養(yǎng)的細胞進行成骨誘導，通過堿性磷酸酶活性檢測細胞的骨向分化。
　　6.將氯化鍶/絲素蛋白膜材料植入大鼠顱骨缺損模型，并與純絲素膜及空白組作對照研究，采用Micro-CT檢測、H&E染色及Ⅰ型膠原免疫組織化學染色評估術后6周時的骨缺損修復情況。
　　結果:
　　1.本實驗制得含氯化鍶質量分數(shù)為1％、5％、10％的氯化鍶/絲素蛋白納米纖維膜,膜材料的外觀與純絲素蛋白膜

9、無明顯差異，納米纖維直徑隨氯化鍶含量的增加而增大，三組材料在早期均有鍶離子的快速釋放。
　　2.骨髓間充質干細胞在氯化鍶/絲素蛋白膜表面粘附數(shù)量明顯增多，細胞增殖活性及堿性磷酸酶活性也高于純絲素蛋白膜組，并且具有一定的濃度依賴性。
　　3.選取10％氯化鍶/絲素蛋白膜用于大鼠顱骨缺損模型的修復治療，結果顯示該膜具有更理想的引導骨再生效果。
　　結論:
　　在本部分實驗中，我們首次制備了氯化鍶/絲素蛋白納米纖維膜，

10、該新型膜材料具有良好的生物相容性，一定的鍶離子緩釋作用，更優(yōu)異的骨誘導再生能力及與骨再生相適應的降解速率?；谏鲜鼋Y果，我們認為這種氯化鍶/絲素蛋白納米纖維膜是一種理想的引導骨再生膜替代材料。
　　第三部分 基于生物礦化的碳酸鍶/絲素蛋白納米纖維膜的構建及其對于骨髓間充質干細胞增殖與分化的影響
　　目的:
　　在第二部分實驗的基礎上，我們以絲素蛋白生物大分子為模板，嘗試通過生物礦化的方法將氯化鍶/絲素蛋白納米纖維中的氯

11、化鍶轉變?yōu)槿芙舛雀偷奶妓徭J，以期改善氯化鍶/絲素蛋白膜早期的“爆釋”現(xiàn)象，獲得碳酸鍶/絲素蛋白納米纖維膜，袁征材料的形貌特征、碳酸鍶結晶形態(tài)及鍶離子的釋放量，并進一步分析其對于骨髓間充質干細胞增殖及骨向分化的影響。
　　方法:
　　1.在第二部分實驗的基礎上，選取10％氯化鍶/絲素蛋白納米纖維膜為原料，通過氣相擴散生物礦化的方法制備成碳酸鍶/絲素蛋白納米纖維膜
　　2.掃描電子顯微鏡觀察材料的形貌特征，X射線衍射儀分

12、析材料的組成結構，浸提實驗檢測材料中鍶離子的釋放曲線。
　　3.將大鼠骨髓間充質干細胞與材料共培養(yǎng)，通過掃描電鏡觀察及CCK-8檢測細胞的增殖、粘附情況。
　　4.對與材料共培養(yǎng)的細胞進行成骨誘導，檢測堿性磷酸酶活性，并通過實時熒光定量PCR的方法檢測細胞成骨向分化相關基因RUNX2、BSP、OCN的表達情況。
　　結果:
　　1.本實驗制得碳酸鍶/絲素蛋白納米纖維膜，膜外觀較礦化前粗糙，平整度稍差。電鏡顯示材料

13、納米纖維表面出現(xiàn)許多納米碳酸鍶顆粒，分布均勻。該材料中鍶離子的釋放量及釋放速率較氯化鍶/絲素蛋白膜明顯降低。
　　2.骨髓間充質干細胞在碳酸鍶/絲素蛋白表面能形成良好的早期粘附，并不斷增值，細胞表面早期即分泌出現(xiàn)顆粒樣細胞外基質。
　　3.相較于純絲素蛋白膜，摻鍶的絲素蛋白膜能明顯促進骨髓間充質干細胞的堿性磷酸酶活性，同時上調(diào)成骨向分化基因的表達;并且碳酸鍶/絲素蛋白材料的促成骨向分化作用更為明顯。
　　結論: