明胶-羟基磷灰石-米诺环素抗菌纳米复合骨修复材料的仿生合成及细胞相容性研究

摘要

目的：仿生合成一种新型的抗菌纳米复合骨修复材料，并评价其细胞相容性，建立人体硬组织替代材料仿生设计的新的研究平台。开发新一代生物功能性材料，进一步应用于骨缺损的修复。
　　 方法：将一定量的羟基磷灰石（hydroxyapatite，HA）、米诺环素（minocycline，M）的盐酸溶液加入明胶（gelatin，Gel）水溶液中，控制反应温度在40℃，保持反应体系的pH值在8 以上反应1～2h,然后将pH值调整至7～8之间，静止、陈化24h,获得含有抗菌药物米诺环素的明胶-羟基磷灰石纳米复合水胶体。将部分水胶体冷冻干燥，得到“明胶-羟基磷灰石-米诺环素”（Gelatin-hydroxyapatite-minocycline,“Gel-HA-M”）纳米颗粒。通过傅立叶变换红外光谱仪（fourier transform infraredspectrometer，FTIR）、X 光衍射（X-ray diffraction，XRD）、扫描电镜（scanning electronmicroscopy，SEM）、透射电镜（transmission electron microscopy，TEM）、热分析等手段对复合材料进行表征。将冷冻干燥的“Gel-HA-M”纳米颗粒置于PBS 溶液中进行体外缓释实验，用紫外分光光度计（ultraviolet spectrophotometer，US）分别测定1，3，5，7，14 天米诺环素的释放量。未冷冻干燥的“Gel-HA-M”水胶体与骨髓基质干细胞（bone marrow stromal cells，BMSCs）共同培养，观察细胞的黏附、生长情况，测定细胞的增殖和分化。
　　 结果：FTIR 及XRD 光谱证实了低结晶度的HA的生成，米诺环素的加入对HA的生长有影响；SEM 示纳米级的、低结晶度的HA 均匀地分布在明胶网络结构中；TEM 示分散良好的纳米级HA 晶体；热分析结果显示合成的复合材料中无机物的含量约在74％左右。米诺环素可从复合材料中缓慢释放，在2 周内可保证有效的抗菌浓度。复合材料与BMSCs 进行体外培养，显示了良好的细胞相容性，可促进BMSCs 黏附、增殖、分化。
　　 结论：仿生合成的“Gel-HA-M”复合材料具有类骨的结构，HA 晶体均匀的分布在明胶网络结构中，HA 晶体结构类似于骨组织中的纳米级的磷灰石晶体。复合材料具有良好的细胞相容性及生物降解性，可缓释抗菌药物，能促进骨髓基质干细胞的增殖和分化，是一种颇有前途的抗菌骨修复及骨再生材料。