赖氨酸对电纺PLGA超细纤维降解的pH调控及生物相容性研究

摘要

通过电纺丝方法制备的纳/微米级超细纤维材料是近年来广受关注的一类组织工程支架构建材料。在各类电纺材料中，生物可降解的合成聚-羟基酸酯类材料，尤其是乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA），由于具有良好的生物相容性、可控的生物降解性能以及较高的力学强度等优点，已在工程化不同的生物组织和药物释放领域中获得广泛应用。但是PLGA的酸性降解产物会导致支架周围环境的pH下降，从而引起生物相容性问题。目前国内外虽然有较多的生物可降解聚酯类材料在生物医药领域中的应用---包括在组织工程和药物释放领域的应用，以及对其体内和体外降解过程的研究，并取得了较大进展，但是对于如何消除降解产物的酸性作用，并克服由此带来的负面影响的研究则不是太多。
　　为了解决此问题，本文报道了在PLGA超细纤维中引入一种碱性赖氨酸（Lys）来研究其对PLGA的酸性降解产物的酸度（pH）中和作用。着眼于电纺PLGA纤维今后用于构建结构具各向异性的致密结缔组织（如：肌腱、韧带等），我们首先利用稳定射流电纺的方法成功制备出负载0、10、20、30％Lys的PLGA取向超细纤维。之后对Lys/PLGA复合取向超细纤维的形貌、成分和聚集态结构、热学性能、力学性能等进行表征。然后将纯的PLGA以及负载有 Lys的PLGA纤维浸入到PBS溶液（pH6.86）中，在37℃下进行体外降解实验，并在纤维降解过程中的特定时间点分别检测降解液的pH值、Lys释放速率和纤维质量损失率以及吸水率变化情况。结果表明：稳定射流电纺法制备的纯PLGA纤维和Lys/PLGA复合纤维直径在1?m左右，纤维形貌均一，取向度较好。Lys的掺入能提高PLGA纤维的热稳定性，力学性能如拉伸强度也获得显著提高，达到89.97±6.32 MPa（大大高于纯PLGA纤维的61.23±3.67 MPa）。和纯PLGA纤维组相比，含有30％Lys/PLGA纤维组的PBS溶液在经过10周降解后，溶液pH值仅有较小程度的降低（5.25），而纯PLGA、10％Lys/PLGA和20％ Lys/PLGA各纤维组降解液的pH值则分别降低至2.49、2.82和3.55。由此可见，Lys的加入能够为电纺PLGA纤维的降解提供一种pH补偿效应，而且这种作用和Lys的添加量正相关。
　　接着，我们通过体外检测L929细胞在电纺Lys/PLGA复合纤维支架上的生长和增殖情况和体内包埋实验来评价其生物相容性。细胞的生长形态、增殖情况和分泌的胶原含量分别通过荧光染色、CCK8以及羟脯氨酸试剂盒进行观察和测定。结果表明：L929细胞分别在支架材料上培养1、4、7d后，通过荧光染色观察发现细胞较好的粘附在材料上。CCK8检测结果显示细胞能在Lys/PLGA复合纤维支架上快速增殖，说明负载Lys的电纺PLGA纤维支架具有良好的细胞相容性。之后，我们通过将细胞种植在含有纤维降解液的混合培养基中来评价降解液酸性对细胞的影响，研究发现，和纯PLGA组产生的降解液对细胞的影响相比，Lys负载量高的PLGA复合纤维的降解液对细胞的生长、增殖以及胶原生成影响较小。在体内生物相容性评价中，通过将材料直接植入到SD大鼠背部，4周之后取出，对组织进行HE染色处理，结果发现添加有Lys的PLGA复合纤维的HE切片中炎症细胞要比纯PLGA纤维中的少很多，而且Lys含量越高，所引起的炎症反应越低。
　　总之，本研究通过稳定射流电纺丝的方法成功地制备出Lys负载量分别为0、10％、20％、30％的PLGA复合纤维，发现电纺超细取向Lys/PLGA复合纤维具有较好的理化特性，更为重要的是体外降解实验发现，Lys的引入对于调节由PLGA降解产生的酸性降解产物所导致的周围环境pH值下降是一种有效的调控方法。除此之外，体外和体内生物学评价表明Lys/PLGA复合超细纤维具有较好的生物相容性。这些结果提示，Lys/PLGA复合超细纤维在组织工程的基础研究和临床应用中具有应用潜力，值得进一步研究。

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第一章 绪论

1.1 组织工程

1.2 静电纺丝

1.3PLA, PGA,PLGA材料的基本性质

1.4PLA, PGA, PLGA材料的降解

1.5关于聚酯类材料酸性降解产物问题的调控方法

1.6. 目前存在的关键性问题

1.7 L-赖氨酸基本性质

1.8 本课题的提出、研究内容及创新性

第二章 稳定射流电纺丝法制备负载Lys的PLGA超细取向纤维

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 负载Lys的PLGA超细取向纤维的体外和体内生物相容性研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与分析

3.4 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 本文的主要结论

4.2 展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间科研及发表论文情况

致谢