3D打印半月板支架的制作、细胞亲和性及移植效果研究

摘要

半月板是位于膝关节间隙内的“半月形”纤维软骨组织，具有承重、传递负荷、稳定膝关节、营养和润滑关节软骨等功能，半月板损伤是临床上的常见疾病，损伤后会引起患者剧烈疼痛，关节肿胀和膝关节交锁等症状。由于半月板内部2/3区域无血管分布，一旦发生损伤，很难通过自身修复而愈合，临床上针对此类损伤采用半月板部分切除术或全部切除术治疗，但半月板切除后会进一步造成骨性关节炎的过早发生，因此，目前的治疗手段是尽可能修复和保留完整的半月板，而组织工程技术的出现为半月板损伤提供了一种新的治疗手段。组织工程化半月板是将种子细胞接种到支架材料上，在生物反应器内培养一段时间来构建工程化半月板，然后通过移植替代损伤的半月板。组织工程三要素的包括种子细胞，支架和生物反应器，其中支架是组织工程技术中至关重要的一环，其为种子细胞的粘附，增殖和分化提供理想的场所，是工程化半月板制备成功的关键。理想的半月板支架应具备良好的生物相容性，一定的机械力学特性和一定的三维多孔形态结构、孔隙率和内表面积。因此本试验选用聚己内酯（polycaprolactone, PCL）材料，利用3D打印技术制作三种不同孔隙率的支架，而后通过压缩模量检测筛选出最优力学性能的支架，并检测其理化特征；再通过细胞初始粘附数计数、CCK-8增殖试验和扫描电镜观察对比I型鼠尾胶原涂层能否提高聚己内酯支架的细胞亲和性；最后将支架移植入体内，12周后通过大体观察，膝关节功能评分，剖检观察，组织学观察和Mankin,s评分研究膝关节功能恢复情况、PCL支架上的组织生成情况和支架对于关节软骨的保护作用。研究结果如下： 1.利用3D打印技术成功制备了孔隙率为61.96%±0.66%，压缩模量为4.56±0.28MPa的聚己内酯支架，支架降解性，亲水性能不佳。 2.在涂和不涂I型鼠尾胶原的聚己内酯支架上接种犬骨髓间充质干细胞，通过初始细胞粘附数计数，CCK-8增殖试验和扫描电镜观察发现，经I型鼠尾胶原表面处理后，聚己内酯支架的细胞亲和性得到明显改善。 3.支架移植入体内12周后，通过大体观察，膝关节功能评分，剖检观察，组织学观察和Mankin,s评分发现，聚己内酯支架内部孔道有类纤维软骨组织生成，在体内的生物相容性良好，支架对于关节软骨具有一定的保护作用。 结论： 1.利用3D打印技术制备的PCL支架是一种良好的适用于组织工程半月板的支架材料； 2.在PCL支架表面涂覆I型鼠尾胶原能够显著改善支架的细胞亲和性； 3.移植试验证实了PCL支架的体内生物相容性良好，可明显减轻关节软骨间的磨损，是一种有希望应用于临床的高分子材料支架。

目录

声明

第一章 组织工程半月板支架材料的研究进展

1.1半月板的解剖结构

1.2半月板组成

1.3 半月板生物力学和功能特性

1.4 半月板的损伤与修复

1.5 组织工程化半月板的细胞来源

1.6组织工程化半月板支架

1.7半月板支架的结构特征和制作工艺

1.8 3D打印半月板支架的生物相容性

1.9 展望

第二章 3D打印PCL半月板支架的制作及理化特征检测

2.1 试验材料

2.2试验方法

2.3统计学方法

2.4试验结果

2.5讨论

第三章 3D打印PCL半月板支架的细胞亲和性试验

3.1 试验材料

3.2 试验方法

3.3 统计学方法

3.4 试验结果

3.5 讨论

第四章 3D打印PCL半月板支架移植效果研究

4.1试验材料

4.2 试验方法

4.3试验结果

4.4讨论

结论

参考文献

致谢

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