多功能组织修复支架的制备及其生物学性能的研究

摘要

天然高分子基的组织修复支架是一类以天然高分子为主体通过各种物理/化学作用交联或聚合形成的具有三维网络结构的生物材料。因其具有高含水量、优异的生物相容性和组织亲和性，能够仿生机体组织细胞外基质微环境等优点，在组织修复领域具有广阔的应用前景。然而，其存在力学性能差、功能性有限等缺点，限制了天然高分子基的组织修复支架在临床组织修复中的应用。本论文的研究目的是结合天然高分子材料和功能性纳米材料，利用各种改善高分子网络的技术手段，制备出具有良好力学性能的多功能组织修复支架，以加速组织再生和促进组织缺损的修复。具体分为以下两个部分： (1)：近红外(NIR)光刺激具有降低炎症反应、加速组织代谢和促进组织再生的作用。为实现NIR刺激和皮肤修复材料协同促进皮肤组织再生，设计和制备出具有NIR响应能力的皮肤组织修复材料至关重要。本研究将具有优异NIR光热转换能力的聚多巴胺纳米颗粒(PDA-NPs)引入壳聚糖(CS)和丝素蛋白(SF)复合网络中，构建了 PDA-NPs 缠结的CS/SF(PDA-NPs-CS/SF) 复合支架。PDA-NPs的引入赋予了该复合支架良好的NIR光热效应能高效的将NIR光转换成热能。此外，由于PDA-NPs具有丰富的官能团能作为生物活性位点以实现表皮生长因子(EGF)的有效固载和缓慢释放。全层皮肤缺损修复实验表明该复合支架能响应外界的NIR刺激，实现了NIR光热治疗加速皮肤缺损的愈合。EGF的导入与NIR光热治疗产生了协同作用进一步提高了伤口的愈合速率。 (2)：天然高分子支架为骨组织替换材料存在力学性能差，缺乏抗菌性和骨诱导性等问题难以满足临床手术的需求。本研究利用CS和SF两种天然高分子材料，制备了具有良好力学性能的支架材料，并在其中复合多离子掺杂的羟基磷灰石(HA)纳米颗粒，赋予其抗菌性和骨诱导性。本研究首先利用水热法制备出了银离子(Ag+)和锶离子(Sr2+)共掺杂的HA纳米颗粒(AgSrHA-NPs)。然后将AgSrHA-NPs引入CS和SF复合网络中并利用冷冻干燥技术将其制备成复合支架。最后，在60 ℃下利用NaOH和聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)的混合溶液处理该复合支架，NaOH能诱导CS链的折叠形成局部的CS微晶区作为网络的物理交联点；在强碱条件下，PEGDE能与CS和SF复合网络反应形成化学交联点，最终构建出具有物理-化学混合交联点的CS和SF复合网络。研究结果表明物理-化学混合交联点的引入赋予了该支架良好的柔韧性和回复性，而AgSrHA-NPs的纳米增强效应进一步提高了该复合支架的力学性能。Ag+和Sr2+从复合支架中缓慢释放赋予了该复合支架长期有效的抗菌性和骨诱导性，既能避免骨修复过程中的微生物感染又能促进骨组织再生。这种具有良好力学性能的多功能天然高分子支架是一种极具潜力的骨修复材料，有望广泛应用于临床。

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