PHEMA-SiO-,2--n-HA凝膠膜的制備和生物相容性研究.pdf

1、關(guān)節(jié)軟骨損傷是骨科較為常見的一種疾病，軟骨損傷后不能進(jìn)行有效地修復(fù)，可導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨組織學(xué)環(huán)境、關(guān)節(jié)內(nèi)力學(xué)環(huán)境和生物學(xué)環(huán)境的紊亂，使受損面積擴(kuò)大，最終導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎等嚴(yán)重疾患，尋覓理想的骨創(chuàng)傷修復(fù)材料成為治療該類疾患的關(guān)鍵。用于軟骨組織工程研究的支架材料很多，主要天然材料和人工合成的材料。天然生物材料，修復(fù)效果較好但生物力學(xué)性能差，不能提供移植后的即時(shí)應(yīng)力支撐，造成移植組織的有害應(yīng)力損害和周圍軟骨的異常應(yīng)力集中，影響修復(fù)效果。合成材料具有良

2、好的力學(xué)性能，但是由于它的疏水性，使水分子難以在材料中擴(kuò)散，也不利于關(guān)節(jié)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸運(yùn)，仿生性能較差。
　　 甲基丙烯酸羥乙酯聚合物(PHEMA)水凝膠比較柔軟，力學(xué)強(qiáng)度較高，具有一定的透氧性、親水性，利于關(guān)節(jié)內(nèi)外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的交換。但是，PHEMA水凝膠其生物力學(xué)性能及機(jī)械性能不理想，改造方法是制備PHEMA的復(fù)合材料，本研究的設(shè)計(jì)思路，從改進(jìn)PHEMA材料的力學(xué)強(qiáng)度出發(fā)，添加無(wú)機(jī)成分——SiO2和n-HA，摻雜入無(wú)機(jī)

3、成分之后，將使制備的PHEMA無(wú)機(jī)復(fù)合材料在生物力學(xué)性能和機(jī)械性能上得到改善，n-HA的引入主要考慮使所制備的材料更接近于天然仿生材料，使骨細(xì)胞更易生長(zhǎng)。本研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于引入兩種無(wú)機(jī)成分于PHEMA中，并在制備過(guò)程通過(guò)工藝改革得到具有雙層骨架的PHEMA/SiO2/n-HA無(wú)機(jī)復(fù)合凝膠膜，通過(guò)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)證明了本研究制備的材料具有良好的生物相容性，適宜于作為骨創(chuàng)傷的仿生修復(fù)材料。本研究主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴以蒸餾水為溶劑，

4、以N'，N'-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)為交聯(lián)劑，制備了PHEMA水凝膠。通過(guò)電子掃描電鏡對(duì)PHEMA凝膠的顯微形貌進(jìn)行了觀察；研究了MBA添加量對(duì)PHEMA凝膠在蒸餾水中的溶脹特性、收縮動(dòng)力學(xué)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明添加7.5wt％MBA的PHEMA水凝膠膜表面褶皺和溝痕更少，整體面光滑、表面形態(tài)理想，接近于軟骨結(jié)構(gòu)。既增加了材料的強(qiáng)度和減少了摩擦又不明顯降低吸水量等重要指標(biāo)。在生理溫度下是穩(wěn)定的，也更接近于人的關(guān)節(jié)軟骨。
　　

5、⑵在前期單純PHEMA的基礎(chǔ)上，加入SiO2擬制備出含無(wú)機(jī)鹽SiO2的PHEMA無(wú)機(jī)復(fù)合凝膠膜，以及PHEMA與n-HA復(fù)合材料膜，發(fā)現(xiàn)兩種無(wú)機(jī)分子都能與HEMA形成良好的共溶混合物，基于生物軟骨材料中軟骨下骨富含鈣，綜合考慮，在制備的仿生生物軟骨膜中引入兩種無(wú)機(jī)成分，更能貼近原生材料，因此，通過(guò)混合HEMA與納米級(jí)SiO2和n-HA通過(guò)引發(fā)劑進(jìn)行聚合，最終制備既含有SiO2又含有n-HA的雙層支架軟骨凝膠膜，并對(duì)他們的理化性能、膨脹性

6、能、機(jī)械性能作了探索。PHEMA/SiO2/n-HA無(wú)機(jī)復(fù)合凝膠膜中SiO2為0.5 wt％，n-HA的比為1 wt％時(shí)所制備的材料為雙層支架式材料，它的吸水溶脹性能要比單純PHEMA、PHEMA/SiO2、PHEMA/n-HA無(wú)機(jī)復(fù)合凝膠膜低，保水性能良好。在滑動(dòng)和固定磨料磨損條件下具有很高的耐磨性，PHEMA/SiO2/n-HA無(wú)機(jī)復(fù)合凝膠膜具有良好的摩擦學(xué)性能，能滿足受損關(guān)節(jié)軟骨的替換修復(fù)后的正常摩擦耐受考驗(yàn)。蛋白吸附實(shí)驗(yàn)表明該雙

7、層框架結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)復(fù)合凝膠膜具有良好的吸附蛋白的作用，且在生物蛋白溶液中，不使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，揭示了所制備的PHEMA/SiO2/n-HA無(wú)機(jī)復(fù)合凝膠膜具有良好的生物相容性，將會(huì)給生物細(xì)胞的培植生長(zhǎng)提供一個(gè)良好的生存環(huán)境。
　　 ⑶觀察人工合成材料PHEMA對(duì)兔軟骨細(xì)胞增殖影響及體內(nèi)移植骨關(guān)節(jié)修復(fù)情況與炎癥反應(yīng)，采用膠原酶消化法培養(yǎng)兔股關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞，免疫細(xì)胞化學(xué)法鑒定兔股關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞；MTT法測(cè)定軟骨細(xì)胞的增殖；流式細(xì)胞儀測(cè)軟骨細(xì)

8、胞的生長(zhǎng)周期；比色法檢測(cè)軟骨細(xì)胞堿性磷酸酶活性； ELISA法測(cè)關(guān)節(jié)液IL-1β、TGF-β、TNF-α；HE染色觀察關(guān)節(jié)修復(fù)情況；體內(nèi)試驗(yàn)取健康成年新西蘭大白兔10只，制備雙側(cè)直徑為1.5cm膝關(guān)節(jié)缺損模型，采用同體對(duì)照方法實(shí)驗(yàn)側(cè)(左側(cè))移植人工合成材料，對(duì)照側(cè)自體移植缺損部份骨組織。結(jié)果表明PHEMA材料加入0.5％SiO2不改變軟骨細(xì)胞增殖活性；軟骨細(xì)胞活性與PHEMA/0.5％SiO2/n-HA無(wú)機(jī)復(fù)合凝膠膜中n-HA含量有關(guān)；