静电纺蛋白-多糖-乳酸己内酯共聚物复合纳米纤维支架用于小口径血管组织工程

摘要

心血管疾病因其较高的发病率成为人类健康的巨大威胁之一。越来越多的病人，尤其是中老年病人需要修复与再生血管组织，虽然冠状动脉搭桥等外科手术方法已成为常用的治疗手段，但是这些方法易受到自体血管来源短缺、手术消费高等限制，人工血管支架移植成为了心血管疾病治疗的新方法。目前大直径的血管支架已被成功应用于动脉与髋血管的替换中，但是在小口径血管的移植修复中并没有取得成功，这主要是由于体内微环境对小口径血管支架(直径<6mm)的顺应性、生物力学性能以及细胞血液相容性等有更高的要求，组织工程静电纺复合纳米纤维小口径管状支架展现了重要的应用前景。
　　本课题从模拟天然细胞外基质的组分、结构和功能出发，选择天然蛋白胶原（COL）和天然多糖壳聚糖（CS）作为原材料，同时添加具有优良生物降解性能和生物力学性能的乳酸己内酯共聚物（P(LLA-CL)），结合合成材料和天然材料各自的优良性能，采用不同的静电纺丝法制备复合材料小口径血管组织工程支架。通过实验材料配比的选择、支架制备方法的改进、结构性能以及生物安全性的评价研究支架在小口径血管组织工程中的应用潜力。
　　首先，本实验研究了P(LLA-CL)/COL/CS共混纳米纤维支架在小口径血管组织工程中的应用。为了将复合材料纳米纤维支架与抗凝药物肝素结合在一起，实验中先对P(LLA-CL)/COL/CS的共混比例进行了综合研究。将胶原蛋白与壳聚糖的比例恒定为4:1，再将P(LLA-CL)以不同比例与 COL/CS共混，通过静电纺丝法制备不同比例的P(LLA-CL)/COL/CS共混纳米纤维支架。在前期对其力学性能研究的基础上，又深入研究了共混支架的纤维形貌、缝合抗拉强度、热力学稳定性和生物相容性等，结果表明合成材料P(LLA-CL)的加入可以很好地增强共混支架的机械性能和热力学稳定性；而COL/CS材料的加入有效地增强了共混支架的生物相容性，有助于细胞的增殖和形态伸展。综合考虑各比例共混支架的性能，发现P(LLA-CL)/(COL/CS)=3:1时共混支架的机械性能、热力学稳定性和生物相容性达到最佳平衡，故用于制备负载肝素的壳芯结构纳米纤维管状支架。将P(LLA-CL)/(COL/CS)=3:1作为壳层溶液，将15％的肝素钠水溶液作为芯层溶液，采用同轴静电纺丝法成功制备出负载肝素的功能性组织工程血管支架。其中壳层的P(LLA-CL)/COL/CS复合材料赋予支架合适的机械性能和稳定性，芯层肝素通过缓释可达到抗凝血的效果。
　　在此基础上，本实验通过双向梯度静电纺丝法成功制备出具有对称结构的P(LLA-CL)/COL/CS/复合纳米纤维支架。实验中将P(LLA-CL)作为组分一，将COL/CS=9:1作为组分二，采用双向梯度静电纺丝法，通过有序的改变两向的推进速度来控制两组分的含量，得到以P(LLA-CL)材料为中间层，COL/CS材料为内外层的对称结构支架。通过评价纤维微观形貌、支架孔径、机械强度、热力学稳定性、亲水性、体外生物相容性以及生物降解性来表征支架的综合性能。结果表明梯度静电纺对称结构支架保留了两组分各自的优势：纯天然材料的表面赋予支架更好的亲水性以及优良的生物相容性，提高支架移植后的安全性和生物功能性，促进内皮组织快速形成，以改善材料表面的血液相容性；中层较多含量的P(LLA-CL)材料赋予支架较高的抗拉强度以及高弹性；其特殊的降解机制可以更好的保持纤维形貌和支架结构，通过合成材料与天然材料的复合可减少降解液的酸性，降低炎症发生；纵向梯度对称的结构使支架保持较大的孔径，增强细胞长入支架内部的潜能。综合考虑支架的各种性能，此梯度静电纺对称结构支架在小口径血管组织工程修复与再生领域中有较好的应用前景。

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第一章 引言

1.1血管组织工程

1.2静电纺丝技术

1.3静电纺纳米纤维支架用于小口径血管组织工程

1.4本课题的研究内容和意义

第二章 P(LLA-CL)/COL/CS共混纳米纤维支架及在小口径血管组织工程中的应用

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与分析

2.4小结

第三章 梯度静电纺对称结构纳米纤维支架的制备、表征及体外生物相容性评价

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与分析

3.4小结

第四章 总结与展望

4.1总结

4.2难点及存在问题

4.3未来研究方向

参考文献

附录 攻读硕士学位期间已发表论文和申请专利情况

致谢