不同结构支架的制备及其对骨软骨缺损的再生性能研究

摘要

骨软骨缺损是指软骨与软骨下骨同时损伤，这会导致人们在日常生活中膝关节十分疼痛，严重影响正常生活。通常软骨组织工程只关注于软骨再生而忽视了软骨下骨损伤的再生，导致新生软骨缺乏支撑、机械性能和生理性能较差。不同于单一的软骨组织工程，骨软骨缺损的再生包含两种组织的再生，这对材料的选择和支架的设计有着更高的要求。因此，选择合适的材料和制备特定结构的支架体系诱导骨软骨缺损的原位再生具有重要的意义。本文制备了两种不同结构的支架用于骨软骨缺损的原位再生。 首先构建了8％镁负载的硅灰石(CS-Mg8)与纤维蛋白大孔支架的两相复合支架。通过纤维蛋白凝胶将支架粘结，构成一体化支架，负载或不负载骨髓间充质干细胞(BMSCs)的支架被植入到兔膝关节骨软骨缺损中（缺损尺寸:直径4mm，深度4 mm）。其中纤维蛋白大孔支架的孔径在100-200μm，在负载细胞的情况下，支架在4w后降解达到80％。BMSCs在一定程度上加速了纤维蛋白大孔支架的降解速率。CS-Mg8支架具有规则的堆叠结构，体外4w仅降解8.5％。BMSCs在CS-Mg8支架上有着较好的粘附和铺展行为，但是在体外培养过程中细胞没有出现增殖。体内动物实验显示，无论是否负载BMSCs，两相支架都能够在很大程度上诱导软骨和软骨下骨的再生。负载BMSCs之后能够提高软骨层的修复效果，新生软骨与周围天然软骨组织结合良好，表面光滑平整，存在明显的潮线结构。两组支架从基因表达水平上分析对于骨生成没有显著性差异。 具有取向结构的支架有利于支架内部营养成分与外界的交换和细胞的向内迁移。轴向取向孔结构的PLGA支架通过定向冷冻干燥的方法制备得到。使用扫描电镜观察PLGA支架具有轴向取向的结构，取向PLGA支架在取向方向上的湿态模量明显高于无规PLGA支架。在体外细胞实验中发现BMSCs在具有取向结构的PLGA支架中比无规PLGA支架迁移更深，说明取向孔的结构能够促进细胞的向内迁移。体内动物实验显示，在将PLGA支架植入12w后，取向PLGA支架的骨软骨修复效果更好。新生软骨组织表面更加平滑，与周围天然组织结合性更好。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 骨软骨的组织结构和缺损类型

1．1．1 骨软骨的结构与组成

1．1．2 骨软骨缺损的类型

1．2 常用修复手段

1．2．1 临床治疗手段

1．2．2 组织工程方法

1．2．3 原位诱导再生

1．3 支架类型

1．3．1 水凝胶

1．3．2 大孔复合支架

1．3．3 两相支架

1．3．4 取向结构支架

1．3．5 脱细胞支架

1．4 骨软骨缺损支架材料选择

1．4．1 天然高分子材料

1．4．2 聚酯类合成高分子材料

1．4．3 无机材料

1．5 课题提出

第二章 硅灰石和纤维蛋白大孔两相支架用于骨软骨缺损的再生

2．1 实验部分

2．1．1 材料及试剂

2．1．1 致孔剂PCL微球的制备

2．1．2 骨髓间充质干细胞的分离

2．1．3 纤维蛋白大孔支架的制备

2．1．4 Mg掺杂的硅灰石支架的制备

2．1．5 硅灰石和纤维蛋白大孔两相支架复合体系的制备

2．1．6 体外生物矿化实验

2．1．8 体外细胞培养

2．1．9 硅灰石和纤维蛋白大孔支架的体内移植

2．1．10 荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)检测组织内基因的表达

2．1．11 统计学分析

2．2 支架的形态与性能

2．2．1 支架的宏观形貌

2．2．2 支架的微观形貌

2．2．3 支架的生物矿化性能

2．2．4 支架的降解性能

2．3 BMSCs在支架上的行为

2．3．1 BMSCs在支架上的增殖行为

2．3．2 细胞在支架上的形态

2．4 两相复合支架体内修复骨软骨缺损的研究

2．4．1 磁共振成像观察

2．4．2 Micro-CT扫描

2．4．3 大体观察与组织学观察

2．4．4 基因表达

2．5 本章小结

第三章 轴向取向孔PLGA支架用于骨软骨缺损的再生研究

3．1 实验部分

2．1．1 实验原料

3．1．2 轴向取向孔PLGA支架的制备与表征

3．1．3 BMSCs在PLGA支架中的迁移与分布

3．1．4 PLGA支架体内移植实验

3．1．5 统计学分析

3．2 PLGA支架的宏观形貌与微观结构

3．3 PLGA支架的孔隙率

3．4 PLGA支架的压缩模量

3．5 BMSCs在支架中的迁移行为

3．6 PLGA支架体内诱导骨软骨缺损原位再生效果的评价

3．6．1 宏观观察

3．6．2 组织学分析

3．7 本章小结

结论与展望

参考文献

作者简介