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近年来,可注射生物材料由于其独特的液-固转变性能在组织工程和组织再生方面引起了很大的关注。可注射水凝胶其多孔的内部结构与天然细胞外基质(ECM)相似,具有良好的生物相容性,而且可以很好的无间隙地填充无规则形状的受损部位,所以在药物释放、载细胞、组织工程以及再生医学等领域有着很大的应用前景。海藻酸钠(SA)水凝胶是目前研究比较成熟的水凝胶体系之一,且其已经在组织工程中有了应用,但是传统地将海藻酸钠溶液滴加到多价阳离子溶液中,由于凝胶由外而内形成太快,致使制备出的海藻酸钠水凝胶珠体可注射性差且海藻酸钠自身也缺乏生物活性。本课题组前期的研究表明硅酸钙(CS)和镁黄长石(Aker)两种生物陶瓷具有较为优良的生物活性,可以促进干细胞成骨分化及体内成骨。此外,这两种生物陶瓷在生理环境中都可以降解释放出二价阳离子使周围微环境成碱性,这也意味着可以通过调节p H值来控制生物陶瓷释放二价阳离子的速度。因此,本课题根据生物陶瓷和海藻酸钠的各自特点,提出将具有生物活性的生物陶瓷作为海藻酸钠交联成凝胶的Ca源,通过两者复合且依靠可水解呈酸性的试剂调控生物陶瓷原位释放二价阳离子来可控地交联海藻酸钠,获得具有生物活性的可注射海藻酸钠/生物陶瓷复合水凝胶。1、选择葡萄糖酸内酯(GDL),利用GDL的水解缓慢释放出CS中的Ca2+,交联SA成凝胶,从而制备出了可注射SA/CS/GDL复合水凝胶。研究发现通过改变CS和GDL的含量,可以调控SA/CS/GDL复合水凝胶的凝胶时间、抗压强度和溶胀性能。此外,通过红外光谱分析(FTIR)和扫描电镜(SEM)的表征证明SA/CS/GDL复合水凝胶具有良好的体外诱导矿化的活性;而且CS/SA/GDL复合水凝胶及其浸提液不仅能够维持大鼠骨髓间充质干细胞(rt BMSCs)的正常生长和增殖,而且能够体外促进rt BMSCs分泌成骨的前期标志碱性磷酸酶,以及能够促进人脐带静脉内皮细胞(HUVECs)成血管分化。2、为了更好地调控SA成凝胶,进一步调节水凝胶成凝胶性和可注射性,在SA/CS/GDL复合水凝胶的基础上,提出了采用两种不同的二价离子交联SA的双离子交联策略,将体系中的CS更换成镁黄长石生物陶瓷(Aker)形成SA/Aker/GDL复合体系。利用Aker含有Ca2+和Mg2+两种可以和海藻酸纳交联,且交联能力不同的离子来实现对成凝胶速率的更好调控。在此体系中,GDL水解导致Aker缓慢释放出Ca2+和Mg2+交联SA成凝胶,从而获得具有更好可注射性的SA/Aker/GDL复合水凝胶。而且通过改变Aker和GDL的含量,可以对SA/Aker/GDL复合水凝胶的溶胀性能和p H进行调控。与SA/CS/GDL复合水凝胶相比,SA/Aker/GDL复合水凝胶具有更好的成凝胶性能、可注射性,和更高的抗压强度。此外,SA/Aker/GDL复合水凝胶还具有良好的体外诱导矿化性能和降解性能。细胞实验表明SA/Aker/GDL复合水凝胶不仅能够维持人骨髓间充质干细胞(h BMSCs)和HUVECs细胞的增殖,而且可以促进h BMSCs成骨分化和HUVECs的成血管化。裸鼠皮下体内植入实验表明SA/Aker/GDL复合水凝胶具有骨诱导性,这也是首次验证了硅基生物材料具有骨诱导性;而且SA/Aker/GDL复合水凝胶包裹h BMSCs细胞植入动物体内之后能够更好的促进h BMSCs的成骨分化和矿化以及血管的长入。3、为了进一步的提高SA/Aker复合水凝胶的可注射性和力学性能以及凝胶体系的安全性,提出了采用酸性氨基酸(AA)作为Aker离子释放调控剂的新思路,利用天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)的水解调控Aker缓慢释放出Ca2+和Mg2+交联SA成凝胶,制备出双离子交联的可注射SA/Aker/AA水凝胶。与SA/Aker/GDL复合水凝胶相比,SA/Aker/AA水凝胶理化性能更易调控且力学性能得到了提高和改善。此外,体外细胞生物实验表明SA/Aker/AA复合水凝胶不仅能够维持人骨髓间充质干细胞(h BMSCs)和HUVECs细胞的正常生长和增殖,而且可以促进h BMSCs成骨分化和HUVECs的成血管化。以上研究结果表明,三种可注射复合水凝胶体系均具有凝胶时间可调控性、良好的生物活性、细胞相容性以及促成骨和成血管的作用。三种可注射复合体系按以上研究顺序在成凝胶性和可注射性方面得到了逐步改善与提高。其中,SA/Aker/AA复合体系较前两种凝胶体系最有望作为骨修复材料应用于骨组织缺损及骨组织工程。