β-Ca2SiO4改性PHBV复合支架材料的制备及其生物相容性的研究

摘要

组织工程是指应用工程学和生命科学的原理和方法，制备出细胞/支架材料的复合体，以修复、替换受损的生物体组织或器官。其中生物支架材料作为组织工程的基本架构，为细胞生长提供了贴附、增殖和分化的空间，是工程化组织构建的关键要素之一。并且支架材料本身所具有的表面形貌以及亲水性等物理化学性能对体外培养细胞的生物活性产生重要影响。
　　 PHBV作为第二代聚羟基脂肪酸脂(PHAs)，具有良好的塑性加工性、生物相容性和可降解性，在组织工程生物医用材料领域展现出很好的应用前景，近年来成为组织工程材料领域的研究热点。然而，由于PHBV具有高分子疏水特性，不利于早期的细胞贴附和生长，因此需要对其进行改性处理以改善亲水性。本研究采用亲水性的纳米级β-Ca2SiO4生物活性陶瓷与PHBV共混的方法提高材料的亲水性，从而进一步提高生物相容性。
　　 本研究分别制备了二维PHBV膜材料和三维PHBV多孔支架材料，以评价纳米β-Ca2SiO4生物活性陶瓷对PHBV聚合物生物相容性的影响。首先采用有机溶剂浇铸法制备二维β-Ca2SiO4/PHBV复合膜材料，SEM、XRD等结果表明β-Ca2SiO4均匀分布于PHBV基体;接触角测量表明β-Ca2SiO4纳米颗粒的引入有效地改善了PHBV基体的亲水性;并且MG-63细胞在不同β-Ca2SiO4浓度的PHBV复合膜材料上能正常贴附并大量生长;Alamar Blue结果显示经少量的β-Ca2SiO4纳米颗粒改性后即可明显改善PHBV的生物相容性，促进细胞的快速增殖;RT-PCR从分子生物学水平上验证了β-Ca2SiO4通过调整细胞整合素基因及ECM蛋白基因的转录对细胞的贴附和增殖进行调控。其次通过溶剂浇铸-粒子沥滤的方法制备出颗粒分散均匀、开孔率高且孔径连通性好的β-Ca2SiO4/PHBV复合三维支架材料;且经β-Ca2SiO4生物活性陶瓷颗粒改性后，支架材料的亲水性明显改善，MG-63细胞能够快速贴附到支架材料表面并铺展开来;Alamar Blue结果表明PHBV基体复合适量β-Ca2SiO4纳米陶瓷颗粒即可明显促进细胞的增殖;RT-PCR检测表明β-Ca2SiO4纳米陶瓷颗粒的引入促进了细胞转录生长因子TGF-β1及BMP-7等基因的转录水平，从而促进了MG-63细胞的增殖和生长;碱性磷酸酶ALP转录水平的升高进一步表明β-Ca2SiO4纳米陶瓷颗粒还可促进MG-63细胞的早期分化。上述结果说明PHBV材料经β-Ca2SiO4共混改性后有效提高了其物理化学性质及生物相容性，作为骨组织或软骨组织工程支架材料具有很好的发展前景。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 组织工程

1．1．1 组织工程概述

1．1．2 组织工程原理和方法

1．2 组织工程用材料

1．2．1 组织工程材料概述

1．2．2 组织工程材料种类及特点

1．3 组织工程多孔支架材料的设计及制备技术

1．3．1 组织工程支架的要求

1．3．2 组织工程支架制备方法

1．4 组织工程可降解材料聚羟基丁酸-戊酸酯(PHBV)

1．5 β-硅酸二钙(β-Ca2SiO4)纳米生物陶瓷颗粒

1．6 研究内容及目的

第2章 实验内容与方法

2．1 实验原料及设备

2．2 实验方法

2．2．1 溶胶-凝胶法(sol-gel)制备β-Ca2SiO4生物活性陶瓷

2．2．2 溶剂浇铸法制备β-Ca2SiO4改性的PHBV复合膜材料

2．2．3 溶剂注模-粒子沥滤法制备β-Ca2SiO4／PHBV复合支架材料

2．3 材料物理性能测试与表征手段

2．3．1 X射线衍射分析

2．3．2 材料形貌分析

2．3．3 热重-差示热分析

2．3．4 傅里叶变换红外光谱检测

2．3．5 开孔率测定

2．3．6 亲水性检测

2．3．7 支架材料吸水率测定

2．4 材料生物相容性检测手段

2．4．1 支架材料体外浸泡模拟体液

2．4．2 MG-63细胞与β-Ca2SiO4／PHBV材料复合培养

2．4．3 Alamar Blue方法检测细胞活性

2．4．4 细胞材料复合体中总RNA的提取

2．4．5 RT-PCR检测

第3章 β-Ca2SiO4／PHBV复合材料的制备与表征

3．1 β-Ca2SiO4纳米生物活性陶瓷的制备与性能表征

3．1．1 β-Ca2SiO4纳米生物活性陶瓷的制备

3．1．2 β-Ca2SiO4纳米生物活性陶瓷的性能表征

3．2 β-Ca2SiO4／PHBV复合生物膜材料的制备与性能表征

3．2．1 β-Ca2SiO4／PHBV复合生物膜材料的制备

3．2．2 β-Ca2SiO4／PHBV复合生物膜材料的性能表征

3．3 β-Ca2SiO4／PHBV复合生物支架材料的制备与性能表征

3．3．1 β-Ca2SiO4／PHBV复合生物支架材料的制备工艺探索

3．3．2 β-Ca2SiO4／PHBV复合生物支架材料的性能表征

3．4 本章小结

第4章 β-Ca2SiO4／PHBV复合膜材料的生物相容性评价

4．1 MG-63细胞在β-Ca2SiO4／PHBV复合膜材料上生长形貌

4．2 Alamar Blue检测MG-63细胞在β-Ca2SiO4／PHBV复合膜材料上增殖活性

4．3 MG-63细胞在β-Ca2SiO4／PHBV复合膜材料上相关基因转录情况

4．4 本章小结

第5章 β-Ca2SiO4／PHBV支架材料生物相容性评价

5．1 β-Ca2SiO4／PHBV复合支架材料浸泡模拟体液

5．2 MG-63细胞在β-Ca2SiO4／PHBV复合支架材料上生长形貌

5．3 Alamar Blue检测MG-63细胞在β-Ca2SiO4／PHBV复合支架材料上的增殖活性

5．4 MG-63细胞在β-Ca2SiO4／PHBV支架材料上相关基因转录情况

5．5 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢