表面沉积掺锶羟基磷灰石的聚乳酸多孔支架的制备及其用于骨修复的研究

摘要

骨缺损是临床上的常见病，也是骨科治疗的难题。随着人类对自身健康的关注度随经济发展的提高，生物医用材料产业高速发展。组织工程是应用生命科学和工程学的原理，在体外构建一个有生物活性的三维空间复合物，作为替代物修复或重建器官，从而达到提高生存质量和延长生命活动的目的。目前，传统生物医学材料生物学性能的改进和提高是生物医用材料研究的重点。羟基磷灰石（HA）具有极好的生物相容性和骨传导性，锶（Sr）具有骨诱导性，Sr掺杂的HA（Sr-HA）作为一种新的生物材料可以显著促进MC3T3-E1细胞增殖矿化。考虑到骨的成分是有机无机混合材料，制备聚合物/无机复合支架材料具有十分重要的意义。在以往的聚合物/HA复合支架的制备中，一般都是直接将聚合物与HA粒子混合，这种方法会使大部分生物活性HA包埋在聚合物基体内，并且会造成HA在聚合物基体内分布不均，导致在植入早期HA无法与种子细胞有效接触。本文采用仿生矿化的方法在聚乳酸（PLLA）多孔支架表面沉积掺Sr的HA，制备出仿生矿化的Sr-HA/PLLA多孔支架。这种复合材料表面含有大量的生物无机矿物质，为细胞的黏附和生长提供了更适宜的环境，且更好的模拟天然骨的细胞外基质成分和结构，为骨修复提供一个较好的生物相容环境。通过扫描电镜（SEM）、红外光谱（FT-IR）、XRD、抗压性能、接触角和蛋白吸附实验对其进行表征，结果表明Sr-HA的沉积可以显著改善PLLA材料的疏水性，Sr的掺入明显增加材料的骨诱导性，与传统的HA相比，这种复合材料具有更高的成骨性能和更优良可控的降解性能。体内和体外实验都表明复合材料的生物相容性良好，促进成骨细胞黏附、增殖和分化，并且诱导骨修复。

目录

声明

缩略语说明

第1章 绪论

1.1 骨的结构和功能

1.2 骨缺损现状

1.3 骨组织工程的发展

1.3.1 金属材料

1.3.2 无机生物陶瓷材料

1.3.3 高分子材料

1.4 立题依据

2.1 实验材料

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.2 实验方法

2.2.1 PLLA多孔支架的合成

2.2.2 PLLA多孔支架的化学结构表征

2.2.3 PLLA多孔支架吸附BSA能力的检测

2.2.4 MC3T3-E1细胞培养

2.2.5 细胞形态观察

2.2.6 细胞骨架观察

2.2.7 细胞活力检测

2.2.8 ALP活性检测

2.2.9 结果统计分析

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 PLLA多孔支架的形貌观察及其特性分析

2.3.2 PLLA多孔支架吸附BSA能力的分析

2.3.3 PLLA多孔支架内MC3T3-E1细胞形貌和骨架观察

2.3.4 PLLA多孔支架对MC3T3-E1细胞增殖的影响

2.3.5 PLLA多孔支架对MC3T3-E1细胞ALP活力的影响

2.4 小结

第3章 表面沉积Sr-HA的PLLA多孔支架的制备及用于骨修复的研究

3.1 实验材料

3.1.1 实验动物和试剂

3.1.2 实验仪器

3.2 实验方法

3.2.1 模拟体液（1.5倍）的配制

3.2.2 PLLA多孔支架的仿生矿化及掺Sr改性

3.2.3 SEM观察和Micro-CT观察

3.2.4 TEM

3.2.5 XRD

3.2.6 FT-IR表征

3.2.7 EDS实验

3.2.8 静态接触角实验

3.2.9 蛋白吸附能力检测

3.2.10 多孔支架的降解实验

3.2.11 细胞培养

3.2.12 细胞形态和骨架观察

3.2.13 细胞活力和溶血实验

3.2.14 ALP活性检测

3.2.15 小鼠全身急性毒性实验

3.2.16 皮下埋植实验

3.2.17 兔股骨缺损修复实验

3.2.18 小动物活体CT成像

3.2.19 组织病理学检测

3.2.20 统计分析

3.3 实验结果分析与讨论

3.3.1 多孔支架表面的形貌观察

3.3.2 TEM分析

3.3.3 XRD和EDS结果分析

3.3.4 FT-IR结果分析

3.3.5 接触角结果分析

3.3.6 多孔支架材料对蛋白的吸附能力分析

3.3.7 多孔支架材料的降解行为观察

3.3.8 细胞形貌和骨架观察

3.3.9 MTT和溶血实验检测结果分析

3.3.10 多孔支架对ALP活性的影响

3.3.11 急性毒性评价实验结果分析

3.3.12 皮下埋植实验结果分析

3.3.13 兔股骨缺损修复实验结果分析

3.4 本章小结

第4章 全文结论

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果