PLA/nHAp/HAAM复合支架的制备及性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lucky198411
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骨组织工程作为一种新型且高效的骨组织缺损的修复方法,近年来逐渐受到人们的广泛关注。骨组织工程修复策略的关键步骤之一,就是制备出无毒、可代谢、生物相容性好、具有骨诱导性且具有适宜机械强度的组织工程支架。几乎没有一种单一材料能够同时满足以上所有要求,因此需要将不同种类,不同性质的材料进行复合,取长补短以满足骨修复和骨重建的需要。聚乳酸(Polylactic acid,PLA)是一种无毒可代谢的高分子材料,机械强度较高且具有很好的可塑性。羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HAp)是天然骨的主要成分之一,具有良好的生物相容性,能够诱导新骨的发生且具有较好的骨传导性。脱细胞羊膜(Human acellular amniotic membrane,HAAM)是脱细胞材料的代表之一,具有优越的生物相容性,主要成分是富含胶原和粘多糖,具有天然三维结构,无致免疫性。基于此,本文首先制备脱细胞羊膜,并对脱细胞羊膜的理化性质和生物相容性进行了表征;继而制备了PLA+nHAp+HAAM复合支架,并对该复合支架的孔隙率、吸水率、弹性模量等进行表征,之后使用成骨细胞(Osteoblasts)构建了细胞-支架复合物,对复合物的各项生物学性能进行表征。  HAAM的制备:新鲜胎盘获取自大连医科大学附属第二医院,经过产妇知情和同意。利用钝性剥离法可以从胎盘上完整地获取新鲜羊膜,宏观观察发现新鲜羊膜是一层淡白色薄膜,具有较高的弹性和吸水性。显微观察后发现,羊膜上皮细胞呈铺路石状,均匀紧密地分布在羊膜表面。实验通过四种方法分别制备了HAAM:①1%TritonX-100溶液+0.25%胰酶/EDTA溶液、②5%TritonX-100溶液+0.25%胰酶/EDTA溶液、③0.5mol/L氢氧化钠刮擦、④3mol/L高渗盐水+0.25%胰酶/EDTA溶液。通过检测最终将高渗盐水+0.25%胰酶/EDTA溶液选作最优的HAAM制备法。对最优制备的HAAM进行红外光谱检测发现,HAAM中含有大量的纯度较高的胶原且保持了完整的螺旋结构和官能基团。对HAAM的生物相容性进行了表征,发现细胞分布均匀,细胞间突触相连形成细胞网络,说明接种在HAAM上的细胞保持了良好的增殖活性和形态特征。此外,通过MTT法检测了细胞活率,发现细胞增殖速度较快,在第4天细胞数目达到顶峰,说明了本文中制备的HAAM具有良好的生物相容性,能够用于骨组织工程支架的制备。  复合支架制备:本文制备的复合支架具有大孔包小孔的复合孔结构,大孔直径为200μm,能够为细胞提供足够的增殖空间并适宜于实体骨组织的生成和发育,小孔直径为30μm。通过正交试验确定PLA浓度为6%、HAAM浓度为2%、nHAp浓度为3%为最佳制备条件。纯PLA与水的接触角为100±2.0°,吸水率为98.6±1.5%,加入nHAp之后材料接触角降为75.7±5.1°,吸水率升高至118.5±4.9%,进一步加入HAAM之后复合材料的接触角降为38.7±2.5°,吸水率达到249.7±8.9%。对复合支架进行红外光谱检测后分别发现了三种材料的特征峰,证实这三种材料的成功复合并保持了结构的完整性。通过负荷-位移曲线测算得材料的弹性模量,发现nHAp的加入均能够提升材料机械强度,但HAAM的加入会在一定程度上降低材料的机械强度。降解试验发现,PLA+nHAp+HAAM组的支架降解速率最快,在第12周降解率达到39.48±0.93%,显著高于纯PLA组的34.59±0.32%。纯PLA支架在12周的降解环境pH为4.74±0.057,加入nHAp和HAAM之后升至6.12±0.021,显著改善了环境酸化问题。  成骨细胞-支架复合物的体外构建:从SD大鼠新生鼠颅盖骨中提取的成骨细胞形态良好,具有较好的增殖能力,碱性磷酸酶染色后发现,细胞基质中有大量灰黑色显色物质,茜素红染色后发现细胞周围存在大量红色矿化结节,说明了成骨细胞良好的体外成骨能力。对细胞-支架进行扫描电镜观察发现,成骨细胞在支架上贴壁良好,细胞间存在突出连接。荧光染色发现,细胞在复合支架上分布均匀,细胞大量存活且具有良好的活性,其中细胞在PLA+nHAp+HAAM组支架上的活性要高于PLA+nHAp组和纯PLA组。MTT检测发现,HAAM和nHAp的复合支架上的细胞数量均要显著高于纯PLA组。ALP定量检测发现,在3周内成骨细胞在各组支架上分泌的ALP持续增加,且HAAM和nHAp的加入均能明显促进ALP的分泌。测定4h细胞黏附率发现,细胞在HAAM上的黏附率最高,且加入nHAp和HAAM之后均能够促进细胞在支架上的快速黏附。结果表明,HAAM具有良好的理化性能和生物相容性,本研究制备的PLA+nHAp+HAAM复合支架能够支持成骨细胞的体外黏附、增殖和分化。
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