背景:日常生活、军事训练和体育运动中关节韧带损伤非常多见,移植重建修复受损的韧带是主要治疗手段。尽管自体肌腱移植仍然是韧带移植重建的金标准,但自体移植仍有一定不足,如供区疼痛和有时强度不够等。近年来随着人工材料的飞速发展,人工韧带修复重建受损的关节韧带越来越受到大家的重视,已成为关节韧带重建的重要治疗方法。聚对苯二甲酸乙二醇酯(Poly(ethylene terephthalate),以下简称PET)材料本身具有良好的生物力学特性,并能够通过表面改性获得较好的组织相容性,临床上已广泛应用于人工血管和人工心脏瓣膜环。PET作为非生物化的高分子聚合物,属“惰性”材料,生物化程度低,宿主细胞长入不佳。提高其表面活性,增加细胞亲和性,为细胞黏附、增殖、分化提供良好的生物界面是当前人工韧带植入的研究热点。人工血管和人工心脏瓣膜的研究表明,增加“惰性”人工韧带材料的亲水基团,提高其亲水性能可有效增加细胞对人工韧带的黏附和亲和性,从而有利于细胞长入和发挥人工韧带的生物学功能。而进一步的研究也发现羟基和羧基等极性基团能够有效提高材料的亲水性,将极性基团引入人工材料并与其结合的过程称为接枝(grafting)。本课题通过化学改性和表面修饰,在PET编织纤维表面成功接枝了羧基基团,提高了纤维的生物学性能,研制出了具有自主知识产权的生物化PET编织纤维,并对其理化性能、生物相容性和细胞学特性进行了深入研究。通过检索,国内外尚未发现羧基接枝方法增加人工韧带PET编织纤维亲水性和生物性的相关报道。通过表面水解-异氰酸根反应-羧基接枝的化学改性方法制备的生物化PET编织纤维已获国家实用新型专利授权(ZL200920034762.8)。在此基础上,提出了在PET编织纤维表面稳定涂层大分子的理念,申请了发明专利,现已进入实审阶段(专利申请公开号:201010292173.7)。实验一PET编织纤维的表面生物化及理化性能研究目的:通过化学改性方法,增加PET编织纤维的生物化程度,并对其改性后的理化性能进行研究。方法:在特定的环境和温度条件下,对PET编织纤维进行表面水解、异氰酸根反应、羧基接枝三步法的化学改性。分别采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热分析(DSC)、单纤维拉伸性能检测等技术手段研究PET编织纤维改性前后的表面结构、熔点和结晶度以及生物力学特性的变化。结果:FT-IR显示改性后的PET编织纤维表面羟基和羧基的吸收峰波形有明显增强;DSC显示改性后的PET编织纤维熔点和结晶度较改性前略有降低,但两者间无统计学差异(p>0.05);单纤维拉伸性能检测显示表面改性后的PET编织纤维平均初始模量较改性前有降低,但两者间无统计学差异(p>0.05)。结论:经表面改性后的PET编织纤维,表面亲水基团显著增加,而其内部结构和力学性能则没有明显变化,这为生物化PET编织纤维的细胞学研究及其人工韧带的编织提供了很好的条件。实验二生物化PET编织纤维的生物相容性和细胞学研究目的:评价生物化PET编织纤维的生物相容性、细胞凋亡和细胞周期及体外细胞黏附和生长情况。方法:参照相关国家标准对生物化PET纤维进行体外细胞增殖试验和死活细胞荧光染色观察、全身急性毒性试验、溶血试验、热原试验、致敏试验等评价试验;用流式细胞仪观察细胞凋亡和细胞周期;扫描电镜观察细胞在材料表面的黏附和生长情况。结果:细胞生长曲线显示,未改性PET编织纤维浸提液组对L929细胞增殖有一定的抑制作用,生物化PET编织纤维浸提液组与正常生长组相比无显著性差异,细胞相容性好;生物化PET编织纤维浸提液组死活细胞染色与正常生长组相比无明显差异;绿色荧光蛋白(GFP)转染细胞和PKH26膜染色显示生物化PET编织纤维浸提液组与正常生长组在1d、3d、7d细胞生长无明显差异;体内生物相容性试验表明生物化PET编织纤维无全身急性毒性反应,溶血试验溶血率0.07%<5%,热原反应各组体温升高值无明显差异(p>0.05),致敏反应结果阴性;细胞凋亡和细胞周期检测显示生物化PET编织纤维浸提液组2d、4d细胞增殖率(S+G2/M期)和凋亡率较正常生长组生无明显变化(p>0.05);扫描电镜显示细胞在生物化PET编织纤维上黏附生长良好。结论:与改性前PET纤维相比,生物化PET编织纤维无细胞毒性,生物相容性评价合格,有良好的细胞亲和性,可作为人工韧带的生物编织材料。