基于线性弹性聚酯构建多功能血管组织工程支架的研究

摘要

目前组织工程血管支架存在的主要问题是支架材料的力学顺应性不足及生物相容性不够引起的血栓问题，本研究分别从改进支架材料的力学顺应性和生物活性的角度出发，利用静电纺丝技术获得了一类具有多重生物活性的弹性支架，并通过拉伸实验、体外细胞培养、动物实验，验证了所构建的小口径血管的力学顺应性、抗凝血性和诱导血管再生促血管内皮化的功能。
　　论文研究工作首先针对目前组织工程血管支架所用可降解生物材料的力学顺应性不足的问题，采用本课题组自行制备的具有不同侧环醚取代度的弹性聚己内酯Poly(CL-co-TOSUO)(PCT)利用静电纺丝技术制备了具有不同力学性能的PCT纳米纤维膜（PCL，PCT9-1和PCT8-2），探索了该类弹性聚酯构建纳米纤维支架的纺丝工艺，结果表明不同组分的PCT弹性支架的纤维表明形貌及直径分布与组分间无明显关系，样品浓度及其他纺丝工艺参数是决定纳米纤维直径及其分布的主要因素。利用拉伸实验测量所得弹性支架材料的力学性能，结果表明随着弹性共聚酯中TOSUO含量的增加，纺丝膜的强度降低但弹性增强，与PCL纳米纤维膜相比，PCT8-2的纳米纤维膜的杨氏模量下降，支架的弹性增强，更能满足满足构建人体血管支架的要求。通过对纺丝支架的静态接触角的测试，结果随着纳米纤维支架中TOSUO含量的增加，支架材料的亲水性增加，表明弹性PCT支架可能会具有比PCL更优异的细胞相容性。为了考察弹性支架的弹性在细胞培养过程中可能发生的优势，研究分别采用静动态细胞培养体系，在具有不同力学性能的支架材料上培养血管内皮细胞，通过扫描电镜的形态观察、PCR测定基因表达水平及免疫荧光染色观察，结果表明弹性支架 PCT8-2均具有比PCL纳米纤维支架更优异的细胞亲和性。
　　支架材料的生物活性是实现小口径血管再生的关键，在证实弹性支架PCT8-2具有比传统 PCL材料作为血管支架更优异的力学顺应性和细胞相容性后，研究采用静电纺丝工艺在血管支架中引入生物活性分子，以提高支架材料的生物活性实现材料表面快速内皮化。研究首先通过同轴共纺工艺，制备了一系列具有不同核壳结构的弹性聚酯/胶原/肝素纳米纤维支架，其中弹性聚酯作为纳米纤维支架的内层能起力学支撑的作用，不同组成比的弹性聚酯/胶原/肝素作为纳米纤维支架的外层起吸附生长因子，获得良好细胞相容性的作用。通过对具有不同含量肝素的同轴纺丝支架进行扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）的观察，证实了所得纳米纤维支架的同轴纳米纤维结构，同时红外光谱（FT-IR）的测试结果表明肝素成功的混纺到纳米纤维结构中了。通过对纺丝支架的静态接触角的测试，结果表明肝素含量的升高能提高材料的亲水性从而有可能提高支架材料的细胞亲和性。支架材料的拉伸实验结果表明，肝素的引入使得弹性支架的断裂拉伸率下降，但是在一定范围内，仍能满足构建人体血管支架的要求。溶血实验的结果表明，同轴纺丝支架中肝素的含量越高，材料的抗凝血性越好；在支架材料上培养内皮细胞，细胞生长情况的扫描电镜结果表明，肝素的存在对细胞的增殖具有促进的作用。进一步研究了具有不同肝素含量的支架的肝素体外释放曲线，及该支架对内皮生长因子VEGF165的吸附和控制释放作用的评价，结果表明复合纳米纤维支架的肝素含量与VEGF165的吸附量有直接的关系，通过复合在弹性支架上的肝素的吸附VEGF165提高支架材料的细胞亲和性，使实现支架材料的快速内皮化解决小口径血管支架的远近通畅率构建出符合临床使用要求的小口径组织工程血管支架成为可能。
　　最后，针对同轴纺丝纤维支架的VEGF的突释现象，为了实现生物活性分子的梯度浓度释放，研究还利用微球纺丝工艺，制备了一种载VEGF165的壳聚糖微球/PCT纤维支架，初步探究了该支架作为生长因子梯度浓度释放支架的可行性。体外释放的测试结果表明壳聚糖微球具有较高的负载能力和包封率以及显著的缓释作用，该支架能够解决生长因子的突释问题，细胞培养实验的结果表明该系统具有良好的生物相容性，进一步的浓度梯度释放工艺参数和条件还需做进一步的研究，在制备载药组织工程血管支架方面该体系具有较高的探索价值。

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第一章 绪论

1.1 组织工程血管支架

1.2 静电纺丝概述

1.3本课题的选题意义及主要内容

第二章 组织工程血管支架用PCT电纺丝膜的制备及性能研究

2.1引言

2.2 实验部分及材料表征

2.3 结果与讨论

2.4本章小结

第三章 PCT/VEGF/肝素复合纳米纤维组织工程血管支架及其血管内皮化研究

3.1引言

3.2 材料与方法

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 PCT8-2作为生物活性分子的梯度浓度释放载体的探索性研究

4.1引言

4.2实验部分及材料表征

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1本文的主要结论

5.2展望

参考文献

致谢