稀土掺杂层状羟基磷灰石/壳聚糖/氧化石墨烯复合支架的制备及其在成骨与肿瘤治疗中的应用

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wangkanli
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骨骼是人体中最坚韧的组织,起着支撑人体的各种活动以及保护人体的其他器官的作用。骨骼的健康对于人体至关重要,然而骨肿瘤是造成人体大面积骨缺损的病因之一,甚至会造成患者的死亡。为了应对骨肿瘤造成的骨修复临床的重大挑战,需要性能优良功能全面的骨修复材料。壳聚糖(CS)和羟基磷灰石(HA)是在骨修复方面使用较多的材料。天然骨组织的主要成分是HA,这就使得HA具有良好的生物活性和与人体组织的生物相容性。CS为天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物,具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能。因此,它们在组织修复工程中通常以各种形式和形状使用。稀土元素具备着特殊的理化性能,在合适的低浓度下,稀土元素对组织修复有一定的促进作用。通过光热治疗杀死肿瘤细胞的方法近些年来受到了越来越多的关注,它是利用高温杀死肿瘤细胞。所以找到合适的光敏剂是光热治疗的关键之一。本文使用了冷冻干燥技术制备出一种层状的CS支架,之后通过生物矿化的方法使得HA附着在CS表面,层与层之间的间隙有利于细胞的附着,从而有利于之后细胞的增殖分化。本文采用XRD,FTIR,SEM等手段进行材料学表征。SEM图表明层与层之间的间隙大约50200μm,HA呈现一种片状形态。XRD以及FTIR结果表明制备出的材料主要表现为HA相,没有其余杂相。为了加强CS/HA复合支架的骨修复能力和赋予材料肿瘤治疗的功能,将稀土元素和氧化石墨烯(GO)加入支架材料制备出YbHA/CS/GO复合支架材料并对其进行了SEM分析,其结果表明了在加入稀土元素后复合支架的形貌并没有发生较大改变,同样显示出层状结构,层与层的间隙大约50200μm。XRD和FTIR结果表明YbHA/CS/GO复合支架主要表现出HA相。GO在近红外的照射下,会出现温度的快速升高。利用这种特性,在原有的骨修复能力基础上又赋予了复合支架光热治疗肿瘤的能力。这样使得YbHA/CS/GO复合支架一方面具有良好的骨修复能力,另一方面具备了在近红外光照射下杀死肿瘤细胞的能力。通过ICP等手段对稀土离子释放进行测试,当释放时长达到144 h后,根据统计Ca2+的释放浓度达到了180.4μM,而Yb3+离子的释放浓度达到了0.3μM,测试结果表明复合支架能够释放稀土元素且其浓度在安全范围内。另外,本文测试了材料的力学性能,所有材料的压缩性能大约在0.20.3 MPa之间,这样的力学性能可以使得材料具备一定的支撑能力的同时不会伤害到周围组织。于此同时,本文对材料进行了体外细胞实验以及动物体内实验来检测复合支架材料对于骨修复以及肿瘤治疗的能力。其细胞实验结果表明,加入稀土后的复合支架对小鼠胚胎成骨细胞(MC3T3-E1)没有毒性反应。使用免疫蛋白印迹以及成骨基因结果表达实验表明YbHA/CS和YbHA/CS/GO可以激活相关的成骨因子BMP-2,Smad等,最终上调Runx-2,COL-1和ALP的表达水平。最后通过老鼠颅骨CT实验表明,YbHA/CS和YbHA/CS/GO可以有效的促进骨组织修复过程,且YbHA/CS和YbHA/CS/GO修复后的老鼠颅骨新生骨面积和骨密度都要远大于HA/CS组。而且YbHA/CS/GO在近红外光的照射下对乳腺癌骨转移细胞(MDA-MB-231)有一定的杀伤能力。通过观察支架在近红外光照射120 S的温度变化,YbHA/CS/GO能够达到51℃左右。通过MDA-MB-231活死细胞染色以及细胞流逝实验结果表明,在近红外光的照射下YbHA/CS/GO能够有效的杀死肿瘤细胞。最后经过对肿瘤体积的测量,实验结果表明YbHA/CS/GO能够有效的抑制肿瘤的生长。
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