聚吡咯/聚乳酸电活性复合物的制备、表征和生物相容性研究

摘要

在骨种植修复的临床实践中，种植体与骨组织结合的减弱和丧失是绝大多数种植失败的原因。如何进一步增强种植体骨界面结合强度，实现完善的骨整合，是当前种植体材料设计与改性研究中待解决的问题。电学微环境是成骨细胞所处的重要微环境之一，模拟骨电环境对骨的再生重建及促进种植体骨整合具有重要意义。导电高分子材料聚吡咯(Polypyrrole，Ppy)具有多种不同于一般医用高分子材料的特殊性质：优异的导电性能，生物相容性良好，对药物可以进行电化学控制释放。理想的骨内植入材料不但要具有良好的生物相容性和骨诱导活性，而且要求能够在接受外界刺激的同时做出响应，调节细胞的附着、铺展、增殖、分化和矿化。基于骨种植材料功能化设计的考虑，我们利用化学氧化法制备聚吡咯/聚乳酸（Ppy/PLA）电活性复合物。试图在兼顾种植材料表面的生物相容性、力学稳定性和电活性导电稳定性原则的同时，响应外界微电环境刺激，增进种植体骨界面的化学结合，提高骨种植技术的成功率。 此研究包括五个部分： (1) 设计既可以放置复合材料测试其导电性，又可以将细胞种植在腔内的导电装置，并构建10通道直流电刺激系统。 (2) 采用化学氧化法制备含有10％的Ppy/PLA电活性复合物，测试材料表面的微观形貌、化学成分和电导稳定性。 结果显示:Ppy微环境形成串分布在PLA中，在1000个小时以上具有良好的导电稳定性。 (3) 运用组织贴块法培养了SD大鼠颅盖骨成骨细胞，并通过形态学观察和Von Kossa染色法鉴定培养的细胞具有成骨细胞的典型生物学行为。并通过测试1-7代成骨细胞碱性磷酸酶活性得到3-6代成骨细胞最适合体外实验。 (4) 将成骨细胞种植在Ppy/PLA复合膜上，通过扫描电镜观察其附着和伸展状态良好。使用0，12.5，25，50，75，100，125，150，175，200 μA/cm2电刺激种植在Ppy/PLA电活性复合物上的成骨细胞，通过MTT法测试得到50和75 μA/cm2是促进细胞增殖的最适合电流值。 (5) 使用0，12.5，25，50，75，100，125，150，175和200 μA/cm2电刺激种植在Ppy/PLA电活性复合物上的成骨细胞，通过检测ALP活性和胞外钙基质的含量得到50 μA/cm2的电流刺激可以明显促进细胞分化和矿化。 从以上研究可以得出，制备的Ppy/PLA电活性复合物同时具备Ppy和PLA的特性，将原代大鼠成骨细胞种植在其上，通过施加不同的直流电刺激发现，Ppy/PLA电活性复合物的生物相容性良好，且50 μA/cm2是促进细胞增殖、分化、矿化的最适合电流值。