【摘 要】
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骨组织修复支架为大面积骨缺损提供了有效的治疗途径。当前,骨组织修复支架材料主要面临的两个挑战:一是需具备丰富的生物活性成分以促进骨再生,二是需支持骨组织血管的协同修复与重建,以避免缺血型骨坏死。基于临床的实际治疗需求,骨修复支架材料往往从仿生的角度出发,以提高组织相容性和修复效果。在众多种类材料体系中,静电纺丝纤维支架,具有与天然细胞外基质(ECM)相似的结构,在骨修复中具有独特的应用优势。然而为
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骨组织修复支架为大面积骨缺损提供了有效的治疗途径。当前,骨组织修复支架材料主要面临的两个挑战:一是需具备丰富的生物活性成分以促进骨再生,二是需支持骨组织血管的协同修复与重建,以避免缺血型骨坏死。基于临床的实际治疗需求,骨修复支架材料往往从仿生的角度出发,以提高组织相容性和修复效果。在众多种类材料体系中,静电纺丝纤维支架,具有与天然细胞外基质(ECM)相似的结构,在骨修复中具有独特的应用优势。然而为达到高效的骨修复效果,还需着重考虑骨修复过程中成骨活性及促血管化成分的协同作用。所以,基于骨修复此类需求,结合电纺纤维支架拓扑结构,构建一类复合支架材料,调控细胞行为、促进骨形成和血管重塑,是解决临床骨修复难题的重要策略。结合化学、生物、材料等学科来构建支架材料体系,实现更全面高效的功能,是骨修复支架的发展趋势,鉴于材料体系中各组分之间的相互作用与内在关系,仍需要更多的实验探究。为此,本研究开发了一种新型纳米硒/纤维复合材料,首先采用静电纺丝制备获得生物相容性良好的纤维支架,随后在其表面复合功能化纳米硒成分,构建具有特定拓扑形貌结构的生物活性表面,进而可有效调控干细胞和内皮细胞的行为,提高干细胞的成骨分化及内皮的迁移水平,有望促进成骨和血管化。具体研究内容如下:(1)聚己内酯(PCL)/明胶(Gelatin)纤维支架的制备及对细胞形态的调控通过静电纺丝工艺制备PCL/Gelatin质量比不同的多孔纤维支架,研究PCL/Gelatin不同质量比对支架材料形貌、表面亲疏水性、力学性能和体外降解性能的影响。同时,阐明PCL/Gelatin质量比和静电纺丝电压对纤维取向的影响。探究干细胞和内皮细胞在无规和取向纤维上生长的形态差异,结果显示取向纤维结构可有效引导细胞的取向生长,可应用于特定组织的修复。(2)负载功能化纳米硒(Se)的聚己内酯/明胶复合纤维支架对干细胞分化行为的调控引入功能成分表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG),合成EGCG@Se纳米粒子并进行表征,采用表面沉积法制备PCL/Gelatin-EGCG@Se(P/G-EGCG@Se)复合纤维材料。通过调控Se的沉积浓度,获得化学组成和表面形貌各异的复合纤维材料,Se含量从高到低分别记录为P/G-EGCG@Se-5,P/G-EGCG@Se-4,P/G-EGCG@Se-3,P/G-EGCG@Se-2和P/G-EGCG@Se-1。研究复合纤维材料表面化学成分和形貌结构差异对大鼠骨髓间充质干细胞(MSCs)的粘附、增殖和分化行为的影响。结果表明,纤维表面Se的含量会影响MSCs的细胞行为,较低的Se的含量更有利于MSCs的增殖和成骨分化,同时EGCG共同作用可有效促进成骨分化水平,包括骨特异基因表达水平上调和钙沉积量的增加。同时,纤维表面形貌结构的合理调控可有效促进MSCs的粘附,进而影响成骨分化。(3)负载功能化纳米硒的聚己内酯/明胶复合纤维支架对内皮细胞生长行为的调控研究P/G-EGCG@Se复合纤维材料对人脐带静脉内皮细胞(HUVEC)行为的影响,结果显示,较低含量的Se(P/G-EGCG@Se-2)和EGCG共同作用,结合EGCG@Se在纤维表面形貌结构,对HUVEC的细胞伸展的影响最为显著,后续可促进细胞的增殖、迁移。本研究结合化学成分和物理结构的调控,可促进骨形成和血管形成,有利于骨组织修复,同时为支架功能表面设计与支架材料对细胞行为的影响研究提供新思路。
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