胶原基复合模板调控矿化纳米羟基磷灰石形貌的研究及其生物学评价

摘要

羟基磷灰石（HA）作为骨的主要无机成分，具有良好的骨诱导性和生物兼容性，因此被广泛应用于医学骨修复领域。天然骨组织的形成不是单一模板介导调控的结果，是多种模板分子共同调控的。自然界中的矿化过程中很多蛋白质及大分子均被用作模板以介导和调控无机晶体的生长，许多生物分子也参与其中，扮演重要角色。
　　在本课题中，我们利用胶原蛋白（Col）为主模板，通过引入几种不同的分子模板硫酸软骨素（CS）、海藻酸钠（SA）、聚丙烯酸（PAA），形成的复合模板分子共同介导调控矿化，从而诱导合成不同形貌的复合矿化纳米羟基磷灰石。通过SEM、FTEM电镜观察结果可知Col-CS/HA颗粒为长棒状且沿着Col纤维的长轴大面积并列排布，排列更有序规整，结晶度最高。Col-SA/HA颗粒为大面积层叠的片状结构，而Col-PAA/HA颗粒为球形且沿着Col长轴呈现串珠状，结晶度最低。通过XRD、TGA、FTIR等表征分析，可知各组纳米粒子的无机相均为羟基磷灰石，不同的第二元分子模板的引入对矿化体系存在一定影响，进而产生不同形貌的纳米颗粒。
　　目前，生物材料与细胞的相互作用的研究受到广泛关注，生物材料对细胞的增殖、分化、内化等各方面均有很大的影响。因此我们研究了不同形貌的三种矿化纳米材料对大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）行为和功能的差异性影响，通过细胞增殖实验可知，纳米粒子的形貌不同，细胞增殖也有所差异， Col-PAA/HA组细胞增殖速率高于其他两组，细胞毒性相对较小。通过胞吞实验、荧光双标共定位、纳米颗粒与溶酶体的共定位等这些实验均证明 Col-PAA/HA组球形粒子更易于进入细胞被溶酶体捕获，进入细胞的内化途径，被细胞内化、运输和吸收，从而影响细胞生长、增殖、分化等行为。
　　接着，基于不同形貌的粒子对细胞分化的影响也作了进一步研究，探索矿化颗粒对BMSCs向成骨方向分化的差异，也通过动物实验皮下植入和颅骨修复实验来研究不同形貌的纳米颗粒的在大鼠体内的相容性以及促进骨头修复愈合能力的差异性。通过检测一系列成骨分化过程产生的蛋白，可知相比于另两组 Col-PAA/HA组粒子能更好促进BMSCs向成骨方向的分化。最后，动物实验结果表明，Col-PAA/HA组的降解能力最强，骨修复效果最好，而另两组材料均具有良好的生物相容性、降解性以及促骨修复能力，并且都能很好的诱导血管的生成，促进骨的矿化。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 骨组织工程研究背景和现状

1.2 羟基磷灰石的合成

1.3 生物矿化

1.4 有机模板对矿化材料的影响

1.5 本选题意义

第二章 复合模板调控纳米羟基磷灰石的制备和表征

2.1 前言

2.2 试剂与仪器

2.3 实验方法

2.4 结果与分析

2.5 本章小结

第三章 矿化纳米材料对BMSCs行为影响研究

3.1 前言

3.2试剂与仪器

3.3 实验方法

3.4 结果与分析

3.5 本章小结

第四章 矿化纳米材料促成骨分化研究

4.1 前言

4.2 试剂与仪器

4.3 实验方法

4.4 结果与分析

4.5 本章小结

第五章 全文总结

5.1 主要研究成果

5.2创新点

5.3问题与展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ 攻读学位期间的科研成果

附录Ⅱ 英文缩写词表