靜電紡絲法制備復合引導組織-骨再生材料.pdf

1、由靜電紡絲技術(shù)制備出的生物高分子納米纖維材料,與細胞外基質(zhì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)相似,具有極大的比表面積和高孔隙率等特點,已被用于制備組織工程支架、創(chuàng)傷敷料、藥物緩釋載體等生物醫(yī)用材料。將靜電紡絲納米纖維材料用于口腔牙周組織缺損的治療,不僅能夠阻止上皮結(jié)締組織長入缺損區(qū)域,還可以促進牙周組織的再生。然而,現(xiàn)有單一組分的材料很難滿足口腔臨床治療的復雜性,因而要求通過復合不同組分和不同結(jié)構(gòu)的納米纖維材料,來實現(xiàn)組織／骨引導再生。此外,結(jié)合骨組織自愈合的

2、特性,由靜電紡絲制備三維復合納米纖維支架材料,來模擬骨再生過程中形成的網(wǎng)狀骨,可促進新生組織與支架材料的整合,加速新骨的生長,縮短愈合時間。
　　 本文利用靜電紡絲技術(shù)制備新型齒科用引導組織再生(GTR)復合納米纖維材料。通過進行材料組分、表面修飾、力學性能以及細胞相容性等方面的研究,評價這類新型生物材料用于引導組織／骨再生的可行性和優(yōu)越性。首先,通過采用混合溶劑體系,優(yōu)化了聚乳酸(PLLA)納米纖維膜和聚乳酸／羥基磷灰石(HA

3、)復合納米纖維膜的靜電紡絲制備工藝,不僅使納米纖維的直徑明顯降低,而且還改善了靜電紡絲過程的穩(wěn)定性。經(jīng)過熱牽伸處理后,PLLA納米纖維的直徑隨牽伸比的增大而逐漸減小,直徑分布變窄,纖維間隙變小,而平均拉伸強度和拉伸模量最高分別達到了103MPa和1.83GPa。經(jīng)過堿液刻蝕和浸漬明膠水溶液處理后,在PLLA納米纖維和PLLA／HA納米纖維的表面均勻地包覆了一層明膠膜,材料的水接觸角均由130°下降到60°左右,親水性明顯得到改善。其次,

4、通過提高紡絲體系的溫度,成功地由明膠水溶液通過靜電紡絲制備出了明膠納米纖維膜材料。適宜的溫度是實現(xiàn)明膠水溶液進行靜電紡絲的首要條件,通過調(diào)整紡絲溫度、明膠水溶液的濃度和其它工藝參數(shù),可獲得不同直徑的明膠納米纖維材料。采用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)對明膠納米纖維膜材料進行化學交聯(lián)處理,改善了材料的耐水性、熱穩(wěn)定性和力學抗拉性能。雖然在交聯(lián)過程中明膠納米纖維發(fā)生了收縮和粘連現(xiàn)象,但膜的孔

5、隙仍得以維持。交聯(lián)明膠纖維膜吸水溶脹后表現(xiàn)出良好的彈性,有利于覆蓋缺損區(qū)域,避免發(fā)生破裂而導致修復失敗。此外,在分散劑泊洛沙姆(Poloxamer F-68)的作用下,由混合了磷酸三鈣(β-TCP)納米粒子的明膠水溶液還制備出明膠／β-TCP混雜納米纖維膜材料,β-TCP納米粒子被包裹在明膠納米纖維上并均勻分散。
　　 通過進一步將上述納米纖維膜材料進行優(yōu)化組合,可設計并制備出多層復合納米纖維引導組織再生膜材料:表層采用致密的聚

6、乳酸納米纖維,作為物理屏障以阻隔牙齦成纖維細胞進入缺損區(qū)域；中間層采用牽伸取向的聚乳酸平行纖維,提供足夠的力學強度防止材料破裂；以疏松多孔的明膠／磷酸鈣鹽雜化納米纖維作為底層,實現(xiàn)引導組織／凰再生的功能。
　　 為了模仿天然網(wǎng)狀骨的成分與結(jié)構(gòu),本文將靜電紡絲技術(shù)與溶膠-凝膠技術(shù)相結(jié)合,通過調(diào)整初始鈣磷比,控制反應體系pH值、紡絲液組成和燒結(jié)溫度,成功制備出高純度和高結(jié)晶度的β-TCP納米纖維支架材料,并通過浸漬法在β-TCP納米

7、纖維的表面涂覆膠原等天然聚合物,不僅提高支架材料的整體穩(wěn)定性,而且具有促進成骨類細胞的黏附、增殖及分化的生物學活性,有望進一步提高骨再生效率。
　　 本文最后對上述制備的復合納米纖維膜及納米纖維支架材料進行了細胞毒性試驗(MTT實驗)和人牙周膜細胞(hPDLCs)及成骨樣細胞(MG-63)的體外復合培養(yǎng)實驗等生物相容性檢測。MTT檢測結(jié)果顯示,第7天時PLLA／HA組hPDLCs的活細胞數(shù)均大于PLLA組,有顯著性差異。交聯(lián)后的

8、明膠納米纖維膜明顯能夠促進hPDLCs細胞的增殖并隨著時間推移細胞活性增加。β-TCP／膠原納米纖維支架組的細胞數(shù)量在第5天時明顯高于β-TCP納米纖維材料組。通過掃描電鏡觀察不同表面形貌及不同組分的材料上細胞黏附與增殖情況,并結(jié)合復合培養(yǎng)的石蠟切片觀察,綜合評價這兩種生物材料的細胞相容性。觀察結(jié)果顯示,所有制備的納米纖維材料均能使細胞很好地黏附并且實現(xiàn)增殖:在優(yōu)化后的PLLA和PLLA／HA.納米纖維膜上,PLLA／HA組較PLLA組

9、更有利于hPDLCs的生長；石蠟切片結(jié)果顯示,熱牽伸后的PLLA平行纖維膜組有良好的阻隔效應,細胞僅聚集在膜的表面；hPDLCs在明膠纖維膜表面均勻分布,細胞生長狀況良好；MG-63與β-TCP／膠原納米纖維支架復合培養(yǎng)24小時后的生長狀態(tài)明顯優(yōu)于β-TCP組,石蠟切片可見β-TCP／膠原復合纖維支架組有更多的細胞浸潤到支架內(nèi)部。
　　 綜上所述,上述由靜電紡絲所制得復合納米纖維膜材料和支架材料均具有良好的生物相容性和力學適用性