聚合物基荧光复合材料的制备及在骨疾示踪治疗中的应用

摘要

聚合物材料作为一种重要的生物材料，极大地影响着现代医学的发展。生物可降解材料因为其优异的生物相容性、生物可降解性和易加工性等优良特性，得到了广泛的应用，并极大地促进了生物医学领域的发展。而随着生物技术和医疗技术的发展，对生物医学材料提出了更高的要求，具有特殊性能的生物降解聚合物受到了广泛的需求。骨缺损和类风湿关节炎是常见两种骨科疾病，长期困扰着人们的生活，本研究拟利用先进的环境响应性聚合物材料，对这两种骨科疾病进行有效的治疗和实时监控。研究内容主要分为以下两个部分：　　（1）NaYF4:Ln3+/PLGA-PEG-PLGA复合温敏水凝胶的制备及在骨修复实时监测治疗中的应用　　本研究将NaYF4:Yb3+、Er3+上转换中空微管（ upconversion hollow microtubules, UCHMs）掺入聚(乳酸-羟基乙酸)-聚(乙二醇)-聚(乳酸-羟基乙酸) （ poly (lactic acid-glycolic acid)-poly (ethylene glycol)-poly (lactic acid-glycolic acid), PLGA-PEG-PLGA）聚合物水凝胶中，制备了具有上转换成像功能的可注射温敏复合水凝胶，实现骨修复过程的无创监控。所制备的UCHMs/PLGA-PEG-PLGA复合水凝胶能够有效地负载蛋白类药物并实现缓慢释放，并且在体外能够很好的促进骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs）的黏附。此外通过碱性磷酸酶检测和茜素红 S染色后证明了成骨诱导因子骨形态发生蛋白2 （ bone morphogenetic protein 2, BMP-2 ）具有很好的成骨诱导活性。将负载有BMP-2的复合水凝胶植入大鼠骨缺损部位，利用上转换成像和CT成像实现了骨修复过程（复合水凝胶支架材料的降解及缺损部位的修复）的实时无创监控。结果显示，载药复合水凝胶在注射4周后支架完全降解，8周后缺损部位得到完全修复。因此，UCHMs/PLGA-PEG-PLGA复合水凝胶在骨缺损再生方面具有重要的临床应用价值。　　（2）载RAPA/Cypate多重响应聚合物纳米胶束在类风湿关节炎治疗中的应用　　本研究制备了一种负载免疫抑制剂雷帕霉素（rapamycin, RAPA）和碳菁类染料Cypate的多重响应聚合物胶束，并靶向高活性氧（ reactive oxygen species, ROS）的炎症部位，通过免疫和光热的联合治疗实现对炎症症状的缓解。所制备的RAPA/Cypate-Se-Se-NPs聚合物胶束具有均匀的粒径分布，在体外具有很好的ROS和近红外（near-infrared, NIR）响应性，光热升温效果明显，能产生大量的 1O2。聚合物胶束载体具有很好的细胞相容性，而载药之后的聚合物胶束对炎症细胞具有良好的细胞毒性和光热细胞毒性，胶束进入细胞后主要分布于溶酶体中，并且在NIR光照后在细胞内能产生大量的 ROS。在成功建立小鼠胶原诱导性关节炎（collagen-induced arthritis, CIA）模型后，利用荧光成像观察到聚合物胶束能够很好地富集到炎症部位。在近红外光照作用下，富集在炎症部位的胶束对炎症细胞具有良好的光热杀伤作用，同时RAPA的免疫抑制作用也能很好地抑制炎症的发展。最终通过测量脚掌厚度对治疗效果进行评价，发现与空白对照相比，RAPA/Cypate-Se-Se-NPs在NIR照射下具有最好的治疗效果。说明光热和免疫的联合治疗能有效地缓解类风湿关节炎的症状，对临床类风湿关节炎的临床治疗具有一定的指导意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 生物聚合物在医疗器械中的应用

1.2.1 药物洗脱支架

1.2.2 矫形外科器械

1.2.3 一次性医疗器械

1.3 生物聚合物在组织工程中的应用

1.3.1 皮肤

1.3.2 骨

1.3.3 软骨

1.3.4 人工血管

1.3.5 肝脏

1.3.6 其他器官

1.4 生物聚合物在输送系统的的应用

1.4.1 药物递送

1.4.2 生长因子递送

1.4.3 基因递送

1.4.4 细胞递送

1.5 本课题的研究意义和研究内容

1.5.1 本课题的研究意义

1.5.2 本课题的研究内容

第二章 NaYF4∶Ln3+/PLGA-PEG-PLGA复合温敏水凝胶的制备及在骨修复实时监测治疗中的应用

2.1 引言

2.2 复合温敏水凝胶的制备与表征

2.2.1 实验材料与仪器

2.2.2 实验方法

2.2.3 实验结果与讨论

2.3 体外细胞实验

2.3.1 实验材料与仪器

2.3.2 实验方法

2.3.3 实验结果与讨论

2.4 体内活体修复与实时监控治疗

2.4.1 实验材料与仪器

2.4.2 实验方法

2.4.3 实验结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 载RAPA/Cypate多重响应聚合物纳米胶束在类风湿关节炎治疗中的应用

3.1 引言

3.2 载药胶束的制备与表征

3.2.1 实验材料与仪器

3.2.2 实验方法

3.2.3 实验结果与讨论

3.3 胶束的体外细胞学评价

3.3.1 实验材料与仪器

3.3.2 实验方法

3.3.3 实验结果与讨论

3.4 活体成像与治疗

3.4.1 实验材料与仪器

3.4.2 实验方法

3.4.3 实验结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 总结与展望

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢