磁性納米纖維復(fù)合材料的制備及對成骨過程的作用研究.pdf

1、人體由于創(chuàng)傷、感染、腫瘤、先天畸形等各種原因引起的骨缺損及功能的喪失常需要植入替代物加以修復(fù)。雖然自體骨移植是治療骨缺損公認(rèn)的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但會造成采骨部位的破壞，引起一些并發(fā)癥；異體/異種骨和各種人工骨移植材料也都存在各自的不足之處。因此，研發(fā)理想的人工骨替代材料一直是生物材料與組織工程領(lǐng)域關(guān)注的重要研究方向之一。骨組織工程研究的重點是尋求能夠作為細(xì)胞種植支架并引導(dǎo)新骨長入的生物材料，這是組織工程學(xué)研究的關(guān)鍵問題之一，近年來納米結(jié)構(gòu)材料

2、已經(jīng)被證實在組織工程支架方面具有重大的應(yīng)用潛能。
　　 天然細(xì)胞外基質(zhì)分布于細(xì)胞外空間，是由細(xì)胞分泌的蛋白和多糖所構(gòu)成的納米纖維網(wǎng)絡(luò)，對細(xì)胞的遷移、增殖和分化等生命過程有重要的調(diào)控作用。因此，具有納米纖維結(jié)構(gòu)特征的支架能最大程度地仿生天然細(xì)胞外基質(zhì)的特點，受到研究者越來越多的關(guān)注。迄今已經(jīng)可以通過多種技術(shù)制備出不同材質(zhì)的納米纖維來模擬天然細(xì)胞外基質(zhì)。靜電紡絲技術(shù)是能夠制備連續(xù)納米長纖維的技術(shù)，所制備的無紡膜材料具有納米纖維結(jié)構(gòu)和

3、微米尺度的孔隙，與天然細(xì)胞外基質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)相似。可以通過靜電紡絲技術(shù)制備成納米纖維支架的材料主要包括天然材料、合成高分子材料、以及復(fù)合材料。
　　 聚乳酸（PLA）是一種具有良好生物相容性和生物降解特性的聚合物，在骨和軟骨組織的再生與修復(fù)等骨組織工程中是細(xì)胞生長支架的基本材料。羥基磷灰石（HA）是天然骨組織的主要成分之一，具有良好的骨傳導(dǎo)特性。直徑小于20nm的氧化鐵納米粒子具有超順磁性（magnetic nanoparticl

4、e，M-NP），能夠使細(xì)胞處于多個微小磁場中。本課題采用高壓靜電紡絲技術(shù)制備了由PLA、HA和γ-Fe2O3-NP組成的磁性納米纖維無紡復(fù)合膜材料，在有或無外加磁場情況下，研究了該復(fù)合膜材料的順磁性和納米纖維結(jié)構(gòu)對小鼠前成骨細(xì)胞MC3T3-E1成骨過程的影響。
　　 主要研究內(nèi)容包括：篩選優(yōu)化的電紡絲工藝參數(shù)，制備磁性納米纖維無紡復(fù)合膜；通過掃描電子顯微鏡觀察該復(fù)合膜的微觀結(jié)構(gòu)形貌；通過MTS試劑盒檢測MC3T3-E1細(xì)胞在該復(fù)

5、合膜上的增殖情況；通過BALP試劑盒檢測該復(fù)合膜對MC3T3-E1分泌堿性磷酸酶功能的作用；通過掃描電子顯微鏡觀察細(xì)胞在磁性納米纖維支架材料上的礦化情況；在兔橫突骨損傷模型上探討磁性納米纖維復(fù)合膜對骨組織損傷修復(fù)過程的影響和可能的作用機制。同時，研究了外加磁場與磁性納米纖維材料的聯(lián)合應(yīng)用對體外/內(nèi)骨組織的再生與修復(fù)的促進(jìn)作用。
　　 實驗結(jié)果表明，應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)所制備的磁性納米纖維復(fù)合膜材料具有與細(xì)胞外基質(zhì)相仿的納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)

6、構(gòu)，纖維直徑為300～600nm，孔隙直徑約數(shù)微米。磁性納米纖維復(fù)合膜能顯著促進(jìn)MC3T3-E1的增殖，在外加磁場存在的情況下，這種作用更加明顯；對ALP分泌量的檢測結(jié)果顯示，在外加磁場存在的情況下，磁性納米纖維復(fù)合膜能顯著促進(jìn)細(xì)胞的分化，較早開始和/或較多地分泌ALP；掃描電鏡的觀察顯示，在外加磁場存在的情況下，磁性納米纖維復(fù)合膜能夠明顯促進(jìn)MC3T3-E1的礦化過程。動物實驗結(jié)果顯示，磁性納米纖維復(fù)合膜能明顯促進(jìn)新骨的形成，聯(lián)合應(yīng)用

7、外加磁場時，效果更加明顯。上述研究結(jié)果為進(jìn)一步研發(fā)能夠引導(dǎo)和促進(jìn)骨組織的再生與修復(fù)的細(xì)胞支架打下了良好的基礎(chǔ)。
　　 本文還研究了漸變微納米結(jié)構(gòu)對成纖維細(xì)胞的粘附和骨架重排的調(diào)控作用。選擇與組織再生與修復(fù)密切相關(guān)的成纖維細(xì)胞為研究對象，利用澆鑄法制備了表面具有漸變微納米溝槽結(jié)構(gòu)的聚氨酯（PU）薄膜，作為細(xì)胞生長的基底材料；結(jié)合顯微觀察、MTS活細(xì)胞檢測方法、細(xì)胞免疫熒光分析等手段，研究了漸變納微米溝槽結(jié)構(gòu)對細(xì)胞粘附、增殖、骨架發(fā)