【摘 要】
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与非肿瘤因素造成的骨缺损修复相比,肿瘤相关骨切除手术产生骨缺损的修复与重建面临更多的难题。因此,如何有效安全地实施肿瘤相关骨切除造成骨缺损的术后骨修复与重建与抑制残余肿瘤的生长与复发是临床医学需要解决的重要问题。针对这一难题,利用巯基壳聚糖、丝素和镓掺杂生物活性玻璃纳米粒研究发展了一种新型双网络复合水凝胶。实验结果证明该水凝胶具有增强的力学性质、显著提升的耐降解性并同时具有促进骨缺损修复与重建和抑
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与非肿瘤因素造成的骨缺损修复相比,肿瘤相关骨切除手术产生骨缺损的修复与重建面临更多的难题。因此,如何有效安全地实施肿瘤相关骨切除造成骨缺损的术后骨修复与重建与抑制残余肿瘤的生长与复发是临床医学需要解决的重要问题。针对这一难题,利用巯基壳聚糖、丝素和镓掺杂生物活性玻璃纳米粒研究发展了一种新型双网络复合水凝胶。实验结果证明该水凝胶具有增强的力学性质、显著提升的耐降解性并同时具有促进骨缺损修复与重建和抑制骨肉瘤细胞生长的综合优良性能。主要内容如下:（1）巯基壳聚糖/丝素双网络水凝胶的制备与表征通过将N-乙酰半胱氨酸（NAC）偶联到壳聚糖（CS）主链合成得到了具有较高巯基取代度和水溶性良好的CS-NAC。利用高浓度Li Br盐溶液提取丝素（SF）。利用CS-NAC和SF制备出一种新型巯基壳聚糖/丝素（CNS）双网络水凝胶。该水凝胶在生理温度和p H条件下可快速凝胶化。流变学研究结果表明,CNS双网络水凝胶具有可注射性。与其中两个组分各自形成的单网络水凝胶相比,CNS双网络水凝胶具有显著提高的强度并显示良好的弹性。优化获得的CNS双网络水凝胶具有高孔度和大孔径形貌特征。体外凝胶-细胞培养结果表明,CNS双网络水凝胶支持所植入细胞生长和细胞外基质合成。（2）镓掺杂生物活性玻璃复合水凝胶制备与表征采用溶胶-凝胶法优化合成得到了生物活性玻璃（BG）和镓掺杂生物活性玻璃（GaBG）纳米粒。该纳米粒呈光滑球形,粒径约为350 nm,具有较高的比表面积。将两种纳米粒分别与CS-NAC和SF复合制备得到BG/CNS和GaBG/CNS复合水凝胶。两种复合水凝胶都具有剪切变稀的性质。与CNS水凝胶相比,复合水凝胶由于纳米粒的复合在力学强度上得到进一步提升。对BG/CNS和GaBG/CNS干凝胶的SEM观察结果表明,BG/CNS和GaBG/CNS复合水凝胶具有多孔结构而且孔间连通性良好;BG或GaBG纳米粒分布于凝胶内部孔壁上,无明显纳米粒团聚和结块形貌显现。与CNS双网络水凝胶相比,BG/CNS和GaBG/CNS复合水凝胶未因纳米粒的加入而对凝胶内部孔状形貌产生显著影响。体外离子释放检测结果表明,GaBG/CNS复合水凝胶在PBS体系中可持续释放Si离子、Ca离子和Ga离子达4周。将BG/CNS和GaBG/CNS复合水凝胶在人工模拟体液中矿化28天,检测得出水凝胶表面均有羟基磷灰石层生成。体外细胞实验表明,优化获得的GaBG/CNS复合水凝胶对MC3T3-E1小鼠成骨细胞无毒副作用,而对UMR-106和MG-63骨肉瘤细胞均显示明显细胞毒性。（3）GaBG/CNS复合水凝胶用于大鼠颅骨缺损修复及裸鼠骨肉瘤生长抑制的研究建立大鼠临界尺寸颅骨缺损模型,利用优化后的GaBG/CNS复合水凝胶对缺损部位进行填充实施修复。Micro-CT检测及缺损部位新生骨组织的骨体积分数、骨小梁厚度和骨小梁数量分析结果表明,与BG/CNS复合水凝胶相比,GaBG/CNS复合水凝胶对骨缺损区域新生骨组织形成无显著不利影响。建立裸鼠骨肉瘤模型,将优化后的GaBG/CNS复合水凝胶注射到残余骨肉瘤部位对骨肉瘤生长实施抑制。通过瘤体积、体重变化、瘤重和组织学分析结果得出,GaBG/CNS复合水凝胶可显著抑制肿瘤生长,对裸鼠主要器官几乎没有毒副作用。这些结果表明,研究获得的新型复合水凝胶具有骨肿瘤术后骨缺损修复与重建和抑制骨肉瘤生长的应用潜力。
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