葡聚糖/明胶/聚乙二醇可注射水凝胶应用于组织工程

摘要

组织、器官的损伤、功能障碍或丧失是人类面临的主要健康危害之一，也是引起人类疾病和死亡的最主要原因，组织工程的出现为这一世界性难题带来了新的解决方案。作为一门新兴的跨学科领域，组织工程涉及细胞生物学、分子生物学、材料科学、临床医学、生物工程等诸多学科，通过将细胞生物学和材料学相结合，在体外或体内构建组织或器官，最终从根本上解决组织和器官的缺失等问题。
　　水凝胶是一种依靠物理或化学交联作用形成的高度含水的高分子网络，自从1960年由Wichterle等人首次利用水凝胶作为隐形眼镜后，水凝胶被广泛研究应用于生物医学领域。特别是近十年来随着组织工程的研究受到越来越多的关注，水凝胶由于其高度含水、物理性质类似于细胞外基质(ECM)的特性，被做为支持细胞生长的三维组织工程支架而广泛研究。而可注射水凝胶，由于其能实现无痛无创手术，更是受到越来越多的重视。
　　在本实验中，我们设计了一种由氧化葡聚糖、氨基化明胶和四臂聚乙二醇丙烯酸酯组成的双交联网络水凝胶，该水凝胶可以在成胶前混入细胞，通过37℃下两步交联反应在体内成胶。首先氧化葡聚糖和氨基化明胶通过希夫碱反应形成第一交联网络，最后四臂聚乙二醇丙烯酸酯在光引发剂的存在下由紫外光引发交联形成独立并互穿于第一交联网络的第二交联网络。两步交链反应都已经过广泛研究论证，可以在不对活细胞和人体带来伤害的情况下进行。其中，第一交联网络由天然高分子材料组成，可以快速的降解为水凝胶内部包裹的细胞提供生长空间和营养物质;由合成高分子材料组成的第二交联网络可以为细胞生长和组织修复提供长期的机械稳定性和三维支撑。
　　降解实验表明葡聚糖/明胶/聚乙二醇双交联网络水凝胶具有“先快后慢”的降解性能，并且水凝胶的降解速率可以通过改变原料配比来调节。机械性能实验表明葡聚糖/明胶/聚乙二醇水凝胶具有很强的抗断裂变形能力，压缩模量可以达到32.27KPa。体外细胞培养实验表明成骨前体细胞(MC3T3-E1)可以在葡聚糖/明胶/聚乙二醇水凝胶表面粘附、铺展，并且支持MC3T3-E1细胞在其内部成活、增殖、铺展，为细胞的生长提供长期的三维支撑。大鼠皮下注射实验证明了葡聚糖/明胶/聚乙二醇水凝胶可以进行注射器注射操作。因此葡聚糖/明胶/聚乙二醇双交联网络水凝胶有望应用于骨、软骨等组织再生治疗。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 组织工程

1．2 生物材料

1．3 水凝胶在组织工程中的应用

1．4 可注射水凝胶制备方法及其应用

1．5 本文研究内容和研究意义

第二章 葡聚糖／明胶／聚乙二醇可注射水凝胶制备及表征

2．1 氧化葡聚糖的制备及表征

2．2 氨基化明胶的制备及表征

2．3 四臂聚乙二醇丙烯酸酯的制备及表征

2．4 本章小结

第三章 葡聚糖／明胶／聚乙二醇可注射水凝胶物理性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 葡聚糖／明胶／聚乙二醇水凝胶生物学性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

第五章 全文结论

参考文献

攻读硕士研究生阶段学术成果

致谢