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生物可降解聚酯类材料为载体的微球制备与结构形态
目的探讨药物控制释放载体与组织工程载体的制备方法与结构形态.方法用新型生物可降解材料聚羟基丁酸酯-羟基戊酸酯共聚物[poly(hydroxybutyrate-hydroxyvalerate) PHBV]、聚己内酯[poly(ε-caprolatone), PCL]及其共混物为基材,用乳化-溶剂蒸发法制备不同结构形态微球.结果平均粒径为30.5μm,粒径分布较窄(跨距SPAN=1.18),呈正态曲线分布.扫描电镜观察, PHBV微球表面呈不规则多孔皱缩结构形态; PCL微球表面光滑,无孔洞;PCL/PHBV共混微球呈有规则多孔洞形态结构,随着基材中PCL成分增加,微球孔洞大小与数目也随之增加.结论通过选择不同生物材料及共混方法,改变微球的结构形态,以满足不同药物释放系统与组织工程对载体性能与形态的不同要求.
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中性Zn配合物催化环酯聚合的研究
目的 探讨中性Zn金属配合物对环酯开环聚合的影响.方法 以取代吡啶醛、芳香胺和ZnCl2为原料,合成和表征一系列具有不同位阻和不同电子效应取代基的吡啶亚胺类配合物,并将这些配合物用于催化ε-己内酯聚合,考察该催化剂体系位阻效应和电子效应对ε-己内酯聚合的催化性能影响.结果 配体芳环上邻位位阻对催化活性的影响很大,位阻小则活性高;间位上的位阻保护了活性中心,使催化剂的热稳定性增加;当间位引入强吸电子基团时,活性显著增加.结论 该类催化剂合成简单、成本低廉、热稳定性好,可作为进一步开发聚己内酯的研究基础,并具有潜在的应用价值.
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聚己内酯复合材料重建犬缺损胸壁的研究
目的 采用聚己内酯复合材料(PCL)制备的人工胸壁,构建犬胸壁缺损与重建动物模型,探讨可降解生物材料人工胸壁重建胸壁缺损的可行性.方法 选择实验犬8只,建立面积10 cm×10 cm的犬胸壁缺损动物模型,用PCL板修复胸壁骨性缺损,通过X线、胸部CT及组织学动态观察人工胸壁的植入状况及胸壁组织的再生过程.结果 所用实验犬无手术死亡和围手术死亡,无胸壁塌陷及反常呼吸,无感染,无严重并发症.人工胸壁材料与周围胸壁肋骨及肌肉组织结合好,界面良好,固定牢靠.术后4个月PcL板被纤维组织包裹.结论 PCL具有良好的生物相容性、可降解性和适宜的力学强度,能够对胸壁提供有效的支撑作用,易塑性好,可任意修剪,可透过X线,是一种很有前景的胸壁缺损修复材料.
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PCL/SS纳米纤维支架的制备及相容性研究
采用静电纺丝技术制备了聚己内酯/丝胶蛋白(PCL/SS)纳米三维多孔支架,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)技术、接触角仪等手段对其结构和性能进行了表征.取人皮肤成纤维细胞(FEK4)与支架复合培养,SEM和MTS法观察了细胞在材料上的黏附与增殖情况.结果表明,所制备的含SS纳米颗粒的PCL/SS纳米纤维支架呈相互交联的多孔网状无纺结构,纤维直径均一度与精细度高,且其中SS二级结构没有发生变化.SS加入后改善了材料表面的亲水性,增强FEK4细胞在材料上的黏附及增殖.
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甲壳素短纤维增强聚己内酯复合材料体外降解实验研究
将纯聚己内酯(PCL)、甲壳素短纤维增强PCL复合材料和聚DL-乳酸分别置于生理盐水溶液中,进行体外降解实验研究.于2、4、8、12、16、24周分别取材,测试降解液pH值、试样失重率及力学性能的变化,并行扫描电镜观察.结果显示甲壳素短纤维增强PCL初始强度大于纯PCL,在降解过程中,浸泡液pH值呈弱酸性和中性,失重速率快于纯PCL,力学性能先高后低,强度和模量值24周与初始值相差不大.通过以上体外降解实验可以得出结论:PCL树脂复合甲壳素纤维后,加快降解速度,提高力学性能,缓冲材料局部pH值的下降,是一种很有前途的胸壁缺损修补及骨科内固定材料.
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甲壳素短纤维增强聚己内酯复合材料的制备及生物学评价
用共混法制备甲壳素短纤维增强聚己内酯复合材料,并对纯聚己内酯和甲壳素短纤维增强聚己内酯复合材料进行体外细胞毒性和生物相容性评价,为临床应用提供有价值的实验依据.对该两种材料进行体外细胞毒性试验、急性全身毒性试验、溶血试验、热源试验和过敏试验.结果显示受试材料终细胞毒性级为0级,对细胞生长和增殖无明显抑制作用,材料中不存在潜在致敏性物质,浸提液无溶血反应和急性全身毒性反应,无热源反应,表明该复合材料具有良好的细胞和组织相容性,其作为胸壁缺损修补材料应用于临床具有可行性和安全性.
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微囊化人类心房肽cDNA重组质粒转染细胞对实验性高血压大鼠肾组织学改变的影响
将重组有人类心房肽(hANP)cDNA的质粒转染入中国仓鼠卵巢(CHO)细胞,然后将细胞包被在具有免疫隔离作用的聚己内酯(PCL)微囊内形成微囊化转基因细胞,其后移植至两肾一夹(2K1C)的高血压大鼠腹腔内,检测其对高血压大鼠的血压以及肾组织学改变的影响.结果移植2 d后,大鼠的血压上升水平明显不如对照组高;组织学和形态学方面2K1C高血压大鼠肾小球硬化、肾小囊损害、肾动脉肥厚程度均较对照组减轻.实验说明PCL材料微囊化hANP cDNA质粒转染CHO细胞并植入大鼠体内后,能产生和向囊外排出具有生物活性的hANP,降低高血压大鼠血压,减轻高血压产生的并发症.此项研究结果提供了一条心房肽治疗高血压或心衰的基因治疗新途径.
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生物可降解材料聚己内酯微球的细胞相容性体外研究
将聚己内酯制成平均粒径5.08±0.23 μm的微球,采用流式细胞术研究经不同纯化处理的微球其浸提液对小鼠成纤维细胞凋亡及细胞周期的影响.结果表明,不同的纯化条件对聚己内酯微球的细胞相容性影响巨大.经充分洗涤干燥的产品在给药剂量范围内细胞相容性良好.
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聚己内酯材料的生物相容性与毒理学研究
由本实验室自行制备的,用钛酸丁酯引发的生物可降解材料聚ε-己内酯PCL,经细胞毒性试验,全身急性毒性试验,皮内刺激试验及植入试验研究,结果表明:样品中微量有机溶剂的存在对细胞毒性有一定影响.样品植入初期有轻度炎症反应,三个月后炎症反应基本消失.结论为用钛酸丁酯引发的PCL材料具有良好的生物相容性.
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聚己内酯在体内的降解、吸收和排泄
研究了聚己内酯(PCL)在大鼠体内的降解,结果表明起始分子量6.6万的聚己内酯胶囊在体内可完整存在两年,两年中分子量逐渐下降,两年后降解为低分子量.用氚标记低分子量聚己内酯植入大鼠皮下,测定其吸收和排泄,结果表明植入15 d后在血中开始测出放射性,同时在粪尿中开始出现放射性排出物.165 d后血中放射性基本消失,从粪尿中累积排出给入量的92%,植入后60 d及165 d各脏器中放射性分布全部接近本底水平.证明该材料不在体内积蓄,排泄完全.
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形状记忆聚合物及其在生物医学工程中的应用
介绍了形状记忆聚合物的新研究进展,从结构角度分析和探讨了聚合物产生形状记忆效应的原理,并对聚氨酯、交联聚酯、聚合物凝胶等形状记忆高分子材料的特性及其在生物医学工程领域的应用进行了介绍和评价.
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可降解聚己内酯修复骨缺损的实验研究
目的探讨聚己内酯(polycaprolactone,PCL)修复骨缺损的能力,为组织工程骨支架材料的可行性提供依据. 方法新西兰大白兔65只,双侧股骨髁制成4.5 mm×12 mm的骨缺损动物模型.将PCL圆柱体植入到右侧骨缺损为实验组(n＝60),羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)植入左侧骨缺损为对照组(n＝60),空白组不植入任何物质(n＝5).于术后3、6、9和12个月将实验组及对照组取材进行大体观察、X线摄片、骨密度测定、99mTc-MDP扫描γ-显像比值测定及扫描电镜观察.空白组于术后12个月取材行大体观察. 结果术后各时间点大体标本及X线片检查显示:实验组随着PCL材料的降解,骨缺损逐步被增生的骨质填充,无迟发性炎性反应出现;对照组无骨组织形成,为结缔组织充填;空白组大体观察缺损区未发现骨组织形成.骨密度测定表明:实验组骨密度增加,在各时间点与对照组比较有统计学意义(P＜0.05).99mTc-MDP扫描γ-显像显示: 实验组比对照组有更多的放射性核素聚集.扫描电镜观察:术后12个月,实验组随着PCL材料的逐步降解,PCL纤维移行处界面形成较多的密质骨样组织;对照组HA-组织之间可见较多的排列不规则的胶原纤维包绕. 结论 PCL材料具有良好的生物相容性、缓慢降解和骨引导能力,可修复骨缺损.
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载VEGF165多孔聚己内酯支架促进脂肪来源干细胞体内外成骨分化的实验研究
目的 探讨载VEGF165多孔聚己内酯[poly (ε-caprolactone),PCL]支架对脂肪来源干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)成骨分化的影响.方法 采用溶剂置换法、粒子浸出法及热致相分离法制备载VEGF165多孔PCL支架(记作Sf-g/VEGF),扫描电镜观察其形貌、测定药物释放率.取15只SD大鼠腹股沟脂肪,分离培养ADSCs并传代.取第3～4代细胞复合至Sf-g/VEGF,体外培养7d后行茜素红染色、茜素红活性测试及实时荧光定量PCR检测体外成骨效果;以明胶修饰的多孔PCL支架(记作Sf-g)与ADSCs复合培养作为对照.取SPF级SD大鼠6只,于颅骨左、右侧各制备一直径为5 mm缺损,将其随机分为3组(n=4);阴性对照组不作任何处理,Sf-g组植入细胞-Sf-g支架复合体,Sf-g/VEGF组植入细胞-Sf-g/VEGF支架复合体.8周后取出含细胞-支架复合体的颅骨分别行Micro-CT扫描及HE染色,评估体内成骨效果.结果 扫描电镜示Sf-g/VEGF支架呈多孔结构,VEGF释放曲线呈二阶段释放,120 h累积释放率为80％;提示成功制备Sf-g/VEGF.体外培养7d后茜素红染色检查示Sf-g/VEGF组茜素红活性显著高于Sf-g组(t=10.761,P=0.000).实时荧光定量PCR检测,Sf-g/VEGF组成骨特异性指标特异AT序列结合蛋白2(special AT-rich sequence protein 2,Satb2)、ALP、骨钙素(osteocalcin,OCN)和骨桥蛋白(osteopontin,OPN) mRNA相对表达量均较Sf-g组升高(P＜0.05).体内植入后8周Micro-CT扫描及组织学观察显示,Sf-g组及Sf-g/VEGF组均可见骨缺损部分修复,且Sf-g/VEGF组更显著;Sf-g/VEGF组新生骨组织体积及面积均显著优于Sf-g组(P＜0.05).结论 载VEGF165多孔PCL支架可显著提高ADSCs的体内、外成骨分化效果.
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多巴胺表面修饰/负载软骨源性形态发生蛋白1的3D打印聚己内酯-羟基磷灰石三维多孔支架促进人BMSCs成软骨分化的实验研究
目的 探讨利用3D打印技术制备、经多巴胺表面修饰及负载软骨源性形态发生蛋白1(cartilagederived morphogenetic protein1,CDMP1)的聚己内酯(polycaprolactone,PCL)-羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)三维多孔支架,体外诱导人BMSCs (human BMSCs,hBMSCs)成软骨分化的可行性.方法 采用3D打印技术制备PCL-HA支架,经多巴胺表面修饰后,将CDMP-1负载于支架上,扫描电镜观察支架表面微结构,并检测孔隙率和水静态接触角.体外成软骨分化实验:分为A、B、C3组,A组为PCL-HA支架,B组为多巴胺表面修饰的PCL-HA支架,C组为多巴胺表面修饰及负载CDMP-1的PCL-HA支架;将hBMSCs植入3组支架,成软骨诱导培养后比较细胞黏附率、细胞增殖(MTT法)和细胞活性(Live/Dead染色法),并采用实时荧光定量PCR检测Ⅱ型胶原和聚集蛋白聚糖(Aggrecan)的基因表达.结果 3组支架均呈三维多孔圆柱体状,孔洞相互联通,孔径为400～ 500μm,孔隙率为56％,材料纤维走向为0°/90°.经多巴胺表面修饰后,支架颜色由初始的白色变为棕色;水静态接触角也由76°降为0°.体外培养24 h,A、B、C组细胞黏附率分别为34.3％±3.5％、48.3％±1.5％、57.4％±2.5％,比较差异均有统计学意义(P＜0.05).Live/Dead染色显示3组细胞均有较好的细胞活性.MTT检测显示各组hBMSCs均生长良好,吸光度(A)值随培养时间延长而增大;培养4、7、14、21d时,C组A值显著高于A、B组,B组高于A组,差异均有统计学意义(P＜0.05).随培养时间延长,3组Ⅱ型胶原mRNA和Aggrecan mRNA表达均持续增加;培养7、14、21dⅡ型胶原mRNA相对表达量及培养14、21 d Aggrecan mRNA相对表达量,C组均显著高于A、B组,B组高于A组,比较差异有统计学意义(P＜0.05).结论 采用3D打印技术制备、经多巴胺表面修饰及负载CDMP-1的PCL-HA三维多孔支架,体外与hBMSCs共培养,可促进细胞黏附、增殖及成软骨分化.
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红景天苷/胶原蛋白/聚己内酯神经导管修复大鼠坐骨神经缺损的实验研究
目的 构建红景天苷/胶原蛋白/聚己内酯(Polycaprolactone,PCL)复合神经导管支架材料并桥接修复大鼠坐骨神经缺损,探讨其修复神经缺损效果.方法 利用W/O/W方法制备红景天苷微球,检测其缓释率;然后取10、20、40μg红景天苷微球分别与1 mL胶原蛋白混合,冷冻法制备神经导管芯层;静电纺丝技术构建胶原蛋白/PCL神经导管壳层;将芯层和壳层利用京尼平交联制备红景天苷微球/胶原蛋白/PCL复合神经导管.扫描电镜观察交联前后神经导管结构.将38只Wistar大鼠随机分为5组,其中A、B、C、D组各9只,E组2只.各组大鼠制备15 mm长坐骨神经缺损模型后,分别采用胶原蛋白/PCL复合导管(A组),10、20、40μg/mL红景天苷/胶原蛋白/PCL复合神经导管(B、C、D组)以及自体神经(E组)桥接修复.观察各组大鼠存活情况;术后1、3、6个月行坐骨神经运动功能指数(sciatic functional index,SFI)评价;6个月后行大体观察、神经电生理检测,并取材行组织学、免疫组织化学染色[S-100和外周髓鞘蛋白0(peripheral myelin protein 0,P0)]观测.结果 红景天苷微球于3d出现突释,13d后缓释趋于平稳,累计缓释率达76.59％,可持续缓释至16d.扫描电镜观察示,神经导管壳层交联后,无序排列的纤维变得相互粘连、皱缩、致密且有空隙;芯层交联前后孔道均清晰可见.各组大鼠术后无感染及死亡.术后1、3、6个月,E组SFI显著高于A～D组(P＜0.05);术后1个月,B、C、D组高于A组(P＜0.05),B、C、D组间差异无统计学意义(P＞0.05);3个月,A～D组间比较差异均无统计学意义(P＞0.05);6个月,C组高于A、B、D组(P＜0.05),A、B组高于D组(P＜0.05),A、B组间差异无统计学意义(P＞0.05).除C、E组术后1、3、6个月SFI比较差异有统计学意义(P＜0.05)外,其余各组组内各时间点间比较差异均无统计学意义(P＞0.05).术后6个月,大体观察示B、C组导管支架两端连接良好、神经较粗,A、D组近端连接神经较细;各组导管两端材料有明显降解.神经电生理检测示,C、E组潜伏期/传导速度显著低于A、B、D组(P＜0.05),C、E组间以及A、B、D组间比较差异均无统计学意义(P＞0.05).组织学观察示,B、C、E组神经纤维组织明显多于A、D组,且C组神经纤维排列与E组相近,各导管组芯层材料完全降解.免疫组织化学染色示,各组均可见S-100及P0蛋白表达,B、C、E组两者表达水平均高于A、D组,且依次增强(P＜0.05);A、D组S-100表达水平比较差异无统计学意义(P＞0.05),P0表达水平A组低于D组(P＜0.05).结论 红景天苷微球/胶原蛋白/PCL复合神经导管能促进大鼠坐骨神经损伤修复再生.
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凹凸棒石/Ⅰ型胶原/聚己内酯复合修复兔骨缺损的实验研究
目的 探讨凹凸棒石/Ⅰ型胶原/聚己内酯[attapulgite/collagen type Ⅰ/poly (caprolactone),ATP/Col Ⅰ/PCL]支架材料修复兔桡骨缺损效果,及其作为骨替代材料的可行性.方法 取Col Ⅰ、PCL按3∶2比例溶于六氟异丙醇后,添加ATP,制备ATP/Col Ⅰ/PCL支架材料;同法制备Col Ⅰ/PCL支架材料作为对照.扫描电镜观察两种支架材料结构.取24只2月龄雄性日本大耳白兔,于双侧前肢制备长15 mm的桡骨缺损模型.随机分为3组,A组6只(12侧)缺损不作任何处理作为对照;B、C组各9只(18侧),于缺损处分别植入Col Ⅰ/PCL、ATP/Col Ⅰ/PCL支架材料.术后观察动物一般情况,4、8、12周X线片观察骨缺损修复情况;12周取材行大体、扫描电镜、Micro-CT观察及组织学、免疫组织化学染色,观察骨缺损修复以及支架材料降解情况.结果 扫描电镜示,两种支架材料均为多孔结构,ATP/Col Ⅰ/PCL支架材料结构较Col Ⅰ/PCL支架材料更致密.术后各组动物均存活至实验完成,无切口感染等现象.X线片检查示,随时间延长,C组缺损区骨髓腔连通,修复效果优于A、B组.术后12周,大体观察示B、C组支架材料与周围组织良好融合,A组缺损部位被结缔组织填满.扫描电镜示B、C组支架材料表面和孔隙间被大量细胞和组织覆盖.Micro-CT扫描示,C组骨缺损部位新生骨体积、骨矿物质含量、组织矿含量、骨小梁连接密度显著高于A、B组(p＜0.05).组织学和免疫组织化学染色示,A组缺损区域填充大量结缔组织,ALP、Col Ⅰ和OPN仅微弱表达;B组支架材料降解区域内有胶原纤维形成,与A组相比,ALP、Col Ⅰ和OPN表达增强;C组支架材料降解较B组慢,材料植入部位有新生骨组织形成,与A、B组相比,ALP表达减弱,而Col Ⅰ、OPN表达增强.结论 ATP/Col Ⅰ/PCL支架材料体内可降解,具有三维多孔致密结构,生物相容性良好,修复兔桡骨缺损效果较好,可以作为骨替代材料.
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电纺聚己内酯引导骨再生膜的仿生矿化研究
目的 探讨组织工程化电纺聚己内酯支架材料的生物矿化特性及其用作引导骨组织再生膜的可能性.方法 利用静电纺丝法制备聚己内酯(PCL)超细纤维膜支架,采用体外过饱和矿化液(SCS)浸泡法,在电纺膜上仿生沉积磷灰石.该复合材料采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等方法 进行结构表征;采用接触角实验评价其亲水性;将成骨细胞与复合材料共培养,用SEM观察并评价其细胞相容性.结果 PCL电纺薄膜由超细纤维交织形成三维多孔结构,随着矿化时间增加,PCL电纺纤维上沉积的结晶物数量增多,形态增大并覆盖整个薄膜表面,形成磷酸氢钙及类骨磷灰石晶体.成骨细胞在复合材料表面黏附、铺展,呈正常生长形貌.结论 PCL电纺膜经过SCS处理是一种简便有效的制备复合材料的仿生矿化方法 ,该材料具有良好的细胞相容性,在仿细胞外基质组织工程化材料及引导骨组织再生膜研制方面具有一定的应用前景.
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控缓释制剂载体材料聚己内酯的制备及表征
目的制备新型控缓释制剂载体材料聚己内酯,并探讨其结构和性质.方法以纯化后单体为底物、钛酸丁酯为引发剂,通过控制单体与引发剂的投料比,催化开环聚合得适宜分子量的产物.结果聚合反应有良好的收率,聚合产物有良好的分子量分布宽度.凝胶渗透色谱法(GPC)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、X-射线衍射(XRD)表征为所需物质.结论所用工艺可获得理想分子量的产物,工艺简单并具有良好的重复性.
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不同nPCL/HA电纺纤维薄膜对人骨髓间充质干细胞黏附率的影响
目的:观察nPCL/HA电纺纤维取向薄膜材料对人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)的黏附生长的影响,评价其作为组织工程支架材料的应用前景.方法:将体外诱导培养的人骨髓间充质干细胞(hBMSCs),经传代培养第5代的人骨髓间充质干细胞,以2×105的密度与不同nPCL/HA电纺纤维取向薄膜支架在培养板内共培养,同时以nPCL电纺纤维非取向薄膜材料作为对照,初步观察不同nPCL/HA支架材料与hBMSCs的复合培养情况,计算各材料的细胞黏附率. 结果:hBMSCs与4种电纺薄膜支架材料均有良好的细胞相容性,细胞能在不同材料表面黏附生长.但是nPCL/80℃HA电纺纤维取向薄膜材料黏附率(45.6±3.2)%,明显高于nPCL/180℃ HA电纺纤维取向薄膜材料黏附率(36.5±3.0)%. 结论:80℃条件下合成的nPCL/HA电纺取向薄膜材料细胞黏附率较高,较适合作为支架材料应用于hBMSCs为种子细胞的组织工程构建.
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聚己内酯电纺纤维的制备及生物相容性研究
目的:评价聚己内酯电纺纤维的生物相容性,对其在组织工程支架方面的应用前景进行探讨.方法:采用静电纺丝法制备聚己内酯纳米纤维,场发射扫描电镜观察其表面形貌及内部结构,通过溶血实验、粘膜刺激实验和细胞毒性实验(MTT法)初步评价其生物相容性.结果:场发射扫描显微镜观察显示所获得纤维呈无纺多孔网状结构,直径范围为153～612 nm,纤维形态光滑均一.溶血实验显示材料无溶血现象,不影响凝血功能;MTT试验显示L929细胞在材料浸提液种中生长良好,细胞毒性为0级;粘膜刺激实验未见异常组织学反应.结论:聚己内酯电纺纤维具有良好的生物相容性,对其在组织工程支架材料领域的应用有进一步研究的价值.
