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壳聚糖多孔支架制备新方法初探
利用NaCl作为致孔剂,采用干热交联壳聚糖与盐淅沥致孔法制备壳聚糖多孔支架,探索该支架制备方法的可行性和安全性.在研究中利用干热交联壳聚糖与盐淅沥致孔法制备了不同质量比(chitosan/NaCl)的壳聚糖多孔支架和冻干法制备的支架,并对所有支架的孔隙率、孔结构、力学性能等参数指标进行评价.结果表明,利用于热交联壳聚糖与盐淅沥致孔法制备过程中加入致孔剂(NaCl)越多,即NaCl/chitosan质量比越大,所构建多孔支架的平均孔径越大,孔隙率越高,抗拉性则下降.
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天然生物材料构建组织工程支架的研究进展
细胞培养支架材料是组织工程的重要研究内容之一.本文综述近年来几种典型天然生物材料构建组织工程支架的研究进展,并详细介绍了适用于天然生物材料制备组织工程支架的致孔方法.
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改性细菌纤维素/羟基磷灰石复合多孔支架合成方法的研究
探讨不同合成方法对改性细菌纤维素/羟基磷灰石复合支架微观结构和性能的影响.采用原位复合法、物理混合法及生物矿化法制备改性细菌纤维素(TBC)与羟基磷灰石(HA)复合多孔支架,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDX)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外变换光谱(ATR-FTI)对不同方法合成的产物进行微观结构表征,同时通过力学实验确定不同支架的力学性能参数.SEM和ATR-FTI等结果表明,采用原位复合法、物理混合法及生物矿化法都可以成功地将HA复合在TBC的纳米纤维上,但是复合的机理各不相同.原位复合法中HA纳米颗粒是以螯合键的方式与TBC纳米纤维上的羧基联合,而物理混合和生物矿化法HA纳米颗粒是采用静电吸附的方式复合在TBC纤维上.XRD表明,不同方法合成的支架都出现了明显的(211)峰,但峰的形态有明显的差别.力学测试结果表明,复合后产物的力学性能也有很大的差异,采用原位复合的支架强度低,复合后支架强度由4.67 MPa迅速减小到1.00 MPa,而用生物矿化复合的支架强度高,复合后支架强度由4.67 MPa增加到到5.55 MPa.通过对不同方法合成的复合支架微观结构的表征和分析,为骨组织工程支架的设计提供依据.
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蜂窝状聚氨酯支架的制备及性能评价
以2,2'-二硫代二乙醇为引发剂,经开环聚合法合成聚ε-己内酯二元醇,该大分子二元醇再与1,6-己二异氰酸酯加成聚合得到聚酯型聚氨酯,利用红外光谱仪、差示扫描量热仪和X射线衍射仪对合成聚氨酯结构和性能进行表征;然后,利用生物模板法制备出蜂窝状聚氨酯支架,分别用扫描电子显微镜、基于阿基米德原理的测量方法和万能材料试验机表征支架形貌、孔隙率和压缩性质;后,通过小鼠成骨细胞MC3T3-E1与支架共培养法评价支架细胞相容性.结果表明,合成聚氨酯分子结构得到验证,呈半结晶性特点;所得聚氨酯支架呈现典型的蜂窝状孔结构,孔径范围为100 ～ 140 μm,孔隙率为77.2％±4.1％,压缩模量为299.02 kPa;肌动蛋白染色和死活细胞染色结果说明该蜂窝状聚氨酯支架能支持MC3T3-E1细胞黏附、生长和增殖,细胞形态良好.该蜂窝状聚氨酯支架在骨组织工程中具有良好的应用前景.
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不同孔径丝素蛋白支架体内降解观察
近年来,丝素蛋白支架因其固有的低免疫原性、良好的生物相容性在组织工程研究中备受关注.通过观察不同孔径丝素蛋白支架在活体Sprague-Dawley(SD)大鼠体内不同时间点降解的形态学特点,了解材料的结构特性对丝素蛋白支架降解的影响.将3种不同孔径丝素蛋白支架:SF1(平均孔径(20±1.5)μm,平均孔隙率86.8％±0.2％)、SF2(平均孔径(100±8) μm,平均孔隙率92.4％ ±0.1％)、SF3(平均孔径(200±15)μm,平均孔隙率96.6％±0.1％)随机植入12只SD大鼠背部皮下,分别于术后6、12、18、24周随机取材,分别进行大体观察、组织切片HE染色和Masson染色.结果显示,不同孔径丝素蛋白支架在体内的降解速率不同:SF1 24周内未见明降解,SF2 24周内降解约40％,SF3至24周时基本崩解.植入早期丝素蛋白支架主要被炎性细胞及成纤维细胞浸润,后期主要为成纤维细胞,并可见胶原纤维包绕并生长入材料.孔径较大的丝素蛋白支架比孔径较小的降解速度快,可通过改变丝素蛋白支架的孔径有效干预丝素蛋白支架在生物体内的降解速率,以适应不同组织修复的需求.
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聚乳酸多孔支架制备及细胞实验
以冰粒子作为致孔剂,采用冷冻干燥-粒子滤出复合法制备了块状聚乳酸多孔支架.将聚乳酸溶于氯仿溶液后加入冰粒子,在液氮中冷冻后冷冻干燥获得多孔支架.对支架孔隙结构分析表明,该工艺制备的多孔支架无致孔剂残留,其孔隙大小由加入的冰粒子大小决定.细胞实验表明该多孔支架具有较好的生物相容性并且无细胞毒性.
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骨组织支架的新进展
由于人口老龄化的加剧和社会人口年龄中位数的增加,骨科疾病引起了广泛的关注.移植骨是用于修复骨缺损的良好材料,但是有二次手术及骨量来源等诸多限制.而广泛应用于临床的骨植入物虽然在一定程度上提供了植入部位所需的机械强度、耐摩擦等性能,但由于其生物惰性,骨组织的生成不足,无法与骨组织形成紧密的骨性结合,导致不可避免的骨植入物松动.为了克服这些困难,现在的支架通常是多孔的、复合的.本文从多孔支架、微载体、植入物表面理化性质,植入物复合无机离子、细胞因子、干细胞等方面阐述新型支架内的组织生成.
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微孔在组织工程替代物中的形成及作用
支架材料的研究是组织工程的基础,可以为组织细胞提供三维支架环境,有利于细胞的黏附、增殖和分化.组织工程生物皮肤替代物移植作为永久性皮肤替代物是多年来研究的重点.多孔支架作为一种与细胞相互作用促使组织合成的三维结构,在组织工程中已有广泛的研究和临床应用.
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兔骨髓源成骨细胞与多孔支架复合的实验研究
目的 通过对兔骨髓基质干细胞的培养及诱导分化,并将细胞与新型复合型生物多孔支架联合培养,观察兔骨髓源成骨细胞在多孔支架表面的黏附及生长情况.方法 兔骨髓基质干细胞经诱导分化为成骨细胞.将成骨细胞与处理过的多孔支架复合,在扫描电镜下观察细胞在支架表面的贴附情况.结果 细胞接种后,在材料表面生长形态正常,属性与特征明显.结论 新型复合型生物多孔支架与兔骨髓源成骨细胞具有良好的结合能力,可以进一步进行体内试验.
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透明质酸改性的聚乳酸支架
背景:聚乳酸材料不具备细胞外基质材料的良好细胞亲和性能,采用化学方法将透明质酸交联制得的水凝胶具有良好的生物相容性.目的:以透明质酸对新型多孔隙率聚乳酸支架的进行改性,观察改性后支架的细胞相容性的改变.方法:采用盐析法制备出高孔隙率聚乳酸支架,采用低浓度NaOH 进行表面轻度水解后,利用EDC和透明质酸进行支架的改性.结果与结论:透明质酸改性聚乳酸支架在扫描电镜下显示为多微孔的三维立体结构,孔壁及界面平滑,孔隙之间可见更细小微孔相连.改性聚乳酸支架水滴渗入较快,改性后多孔支架的保水能力与吸水能力得到明显的改善;透明质酸改性聚乳酸支架上细胞黏附及增殖优于未改性聚乳酸支架.透明质酸改性聚乳酸组软骨细胞生长密度及基质分泌更加旺盛.表明透明质酸改性聚乳酸多孔支架仍保持多孔的三维结构,其水亲和力、吸水能力、保水能力和细胞相容性均得到明显改善.
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聚碳酸亚丙酯/壳聚糖纳米纤维复合三维多孔支架的构建与性能
背景:聚碳酸亚丙酯(PPC)具有良好的力学性能和生物相容性,但是也存在合成高分子的共性不足即缺乏生物活性.壳聚糖纳米纤维具有优异的生物活性,但力学性能较差,很难保持稳定的高强度三维结构.目的:将壳聚糖纳米纤维与聚碳酸亚丙酯复合,制备具有优异生物活性和良好力学性能的三维多孔组织工程支架.方法:用溶液浇铸/粒子沥滤法制备PPC多孔支架,再用相分离法原位复合三维壳聚糖纳米纤维制备聚碳酸亚丙酯,壳聚糖纳米纤维复合三维多孔支架(PPC/CSNF).用扫描电子显微镜观察PPC及PPC,CSNF多孔支架微观形态,并测定其压缩模量、孔隙率.用扫描电子显微镜观察PPC/CSNF多孔支架在新西兰大白兔大腿皮下埋植1,2个月后的细胞生长情况.结果:PPC多孔支架孔径分布为200-500 μm且孔连通性好,PPC/CSNF多孔支架中的壳聚糖纳米纤维分布均匀其直径在50～500 nm之间;各种质量浓度的支架孔隙率均为90%以上;各种支架的压缩模量随着PPC浓度的增加而增加,高可达约15 MPa;体内埋植的实验结果表明PPC/CSNF多孔支架具有良好的生物活性,可促进骨髓基质干细胞向软骨细胞分化.结果提示溶液浇铸/粒子沥滤法与低温相分离法相结合成功制备了力学性能与生物活性优异的PPC/CSNF多孔支架.该支架可促进新西兰大白兔的骨髓基质干细胞向软骨细胞分化.
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热压-盐析法制备骨组织工程支架的工艺及性能表征米
背景:热压-盐析法制备聚合物组织工程支架,设备简单,成型快速,力学强度较高,但是适当的支架成型条件及材料组分对支架的性能尤为重要.目的:观察热压-盐析法制备聚乳酸/聚己内酯/纳米羟基磷灰石复合组织工程支架中温度、时间、压力以及羟基磷灰石的加入对支架性能的影响.设计、时间及地点:复合材料性能测试,对比观察实验,于2008-09/2009-05在同济大学材料科学与工程学院纳米与生物高分子材料研究所完成.材料:聚乳酸、聚己内酯、羟基磷灰石均为实验室合成.方法:采用液相共沉淀法制备纳米羟基磷灰石,借助溶剂将聚乳酸、聚己内酯、纳米羟基磷灰石和致孔剂进行共混,去除溶剂后在一定温度、压力、时间下进行热压制得聚乳酸/聚己内酯/纳米羟基磷灰石复合组织工程支架.主要观察指标:①X射线衍射分析、透射电镜观察羟基磷灰石的相结构、形状和尺寸.②扫描电镜观察复合多孔支架的形貌.⑧通过表面接触角观察不同材料的亲水性.④不同热压时间、温度、压力对支架孔隙率及抗压强度的影响.⑤不同含量羟基磷灰石对支架抗压强度的影响.结果:热压-盐析法制备的聚乳酸/聚己内酯/纳米羟基磷灰石复合组织工程支架具有连通开孔的多孔结构,孔径多分布在300～340 μm,支架的表面无结皮现象,孔隙率和抗压强度均满足骨支架的应用要求;纳米羟基磷灰石的加入提高了支架的抗压强度,但支架亲水性随其质量分数的升高而下降,纳米羟基磷灰石质量分数为4%时支架的综合性能相对较好;热压温度、时间、压力对支架的性能影响较大,支架的综合性能在热压温度65℃、热压压力7 MPa、热压时间3 min条件时相对较好.结论:热压-盐析法构建的骨组织工程支架孔径、孔隙率和抗压强度均满足应用要求;热压温度、时间、压力对支架的性能影响较大;纳米羟基磷灰石的加入提高了支架的抗压强度,但对支架亲水性有影响.
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聚乳酸-羟基乙酸共聚物/硅酸钙三维多孔骨组织工程支架的构建与性能
背景：目前的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA)支架材料存在降解产物呈酸性、力学性能低、孔隙率低、孔径小、孔隙之间的连通率不佳、支架的几何形状不易控制等缺陷。目的：构建具有三维连通多孔结构的PLGA/硅酸钙骨组织工程支架材料，测试其体外降解性能、力学性能及生物相容性。方法：先通过乳液溶剂挥发法制备PLGA/硅酸钙多孔复合微球，3D-Bioplotter制备PLGA三维多孔支架，然后采用低温融合技术将微球与支架结合，制备PLGA/硅酸钙复合多孔支架。检测PLGA/硅酸钙多孔复合微球与PLGA微球的组成成分、形貌及降解性能，检测PLGA三维多孔支架与PLGA/硅酸钙复合多孔支架的形貌、孔隙及压缩强度。分别采用PLGA/硅酸钙多孔复合微球与PLGA微球浸提液，含PLGA三维多孔支架与PLGA/硅酸钙复合多孔支架的培养液培养小鼠骨髓间充质干细胞，1，3，5 d后检测细胞增殖活性。结果与结论：①微球形貌及降解性能：硅酸钙组分的加入，有助于PLGA微球形成表面规则孔结构和内部空腔结构，以及提高PLGA微球降解的pH值；②支架结构：PLGA/硅酸钙复合多孔支架的纤维直径与支架孔径均小于PLGA三维多孔支架；③支架孔隙：PLGA/硅酸钙复合多孔支架的孔隙率与平均孔径均小于PLGA三维多孔支架；④支架力学性能：PLGA/硅酸钙复合多孔支架的压缩强度与压缩模量高于PLGA三维多孔支架(P<0.05)；⑤细胞相容性：骨髓间充质干细胞在两种微球浸提液和两种支架上的生长状况良好；⑥结果表明：PLGA/硅酸钙复合多孔支架具有良好的体外降解性能、力学性能及生物相容性。
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晶须化磷酸钙多孔生物活性陶瓷修复犬股骨髁缺损
背景:前期研究证实,经晶须化处理的磷酸钙多孔生物活性陶瓷内部微观结构得到一定改变,具有良好的力学性能.目的:进一步观察晶须化磷酸钙多孔生物活性陶瓷修复犬股骨髁缺损的效果.方法:采用占位法制备贯通性良好的磷酸钙多孔生物活性陶瓷,经水热处理法完成材料的晶须化.取15只健康成年比格犬,在双侧股骨外侧髁用电钻制造一直径10 mm、深度10 mm的圆柱状包容性骨缺损,右侧置入晶须化磷酸钙多孔生物活性陶瓷,作为实验组;左侧置入未经过晶须化处理的磷酸钙多孔生物活性陶瓷,作为对照组.置入后第2,4,8,12周分别进行骨缺损区X射线及双能X射线检查.结果与结论:①X射线:随着时间的增加,两组骨缺损与正常骨质周围的界面逐渐模糊、消失,12周时两组骨缺损界面已完全融合,对照组材料部分溶解,实验组材料随着时间增长未见明显溶解,两组不同时间点的X射线评分比较差异无显著性意义.②双能X射线:随着时间的增加,两组骨密度逐渐增加,但两组不同时间点的骨密度比较差异无显著性意义.表明晶须化磷酸钙多孔生物活性陶瓷具有良好修复股骨髁缺损的能力.
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多孔丝素材料组织相容性的初步研究
背景:丝素蛋白支架材料被植入生物体内后会发生降解且无法完全与宿主组织分离,这类材料生物相容性的研究大多为体外实验,其体内的组织相容性和降解过程的研究结果仍不充分.目的:初步观察多孔丝素材料的体内组织相容性.方法:将多孔丝素支架埋藏于SD大鼠背部皮下,术后2,4,6,8周分别取材,对伤口局部及材料情况大体观察,然后材料切片苏木精-伊红染色行组织学观察.结果与结论:动物伤口愈合良好,多孔丝素表面形成极薄的纤维包裹,周围组织反应轻微.组织切片见炎细胞浸润,以巨噬细胞为主,支架材料边缘孔隙内有成纤维细胞和毛细血管长入.8周时材料边缘部分可见支架结构崩解现象,而材料内部变化不大.结果显示组织细胞可以沿多孔丝素支架表面贴附生长,提示支架材料具有较好的组织相容性.
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血管内皮生长因子混合Ⅰ型胶原修饰β-磷酸三钙多孔支架的血管化
背景：目前听骨链重建仍是治疗传导性聋的重要方法，多种生物材料被应用于听骨链重建，但都忽略了听骨植入后的血液供应，更未形成真正意义的骨组织。
目的：观察经血管内皮生长因子混合Ⅰ型胶原修饰β-磷酸三钙多孔支架植入豚鼠听泡内的血管化效果。
方法：取豚鼠60只制作听泡内壁黏膜缺损创面，随机分组，实验组听泡内植入经血管内皮生长因子混合Ⅰ型胶原修饰的β-磷酸三钙多孔支架，对照组植入Ⅰ型胶原修饰的β-磷酸三钙多孔支架，空白对照组植入β-磷酸三钙多孔支架，植入后1，2，3，4周扫描电镜观察支架表面情况，苏木精-伊红及免疫组织化学染色观察支架内血管生成情况，甲苯胺蓝染色观察支架内新骨生成。
结果与结论：实验组植入1周后内皮细胞大量生长，血管管腔形成，3周时达血管生长高峰并可见微孔间交通支形成；另两组2周时可见血管管腔形成，但无微孔间交通支形成，且实验组各时间段血管计数均高于对照组和空白对照组(P<0.05)。3组支架表面及微孔内细胞黏附生长，形态基本一致。植入4周时实验组支架内成骨较其他两组明显。表明经血管内皮生长因子混合Ⅰ型胶原修饰的β-磷酸三钙多孔支架在豚鼠中耳环境中能够有效实现血管化，促进支架内新骨形成。 -
RGD多肽对MSCs在壳聚糖/羟基磷灰石支架上黏附行为的调控
目的 研究RGD多肽修饰CS/HA复合多孔支架对于MSCs在支架上黏附的数量及质量.方法 通过原位杂化法制备CS/HA多孔支架并应用物理吸附的方法将RGD多肽负载到支架表面制备出CS/HA-RGD复合支架并对其表征.分别将从Wistar大鼠提取并培养的MSCs种植到实验组CS/HA-RGD及对照组CS/HA两种支架各10个进行复合培养.4 h后检测其黏附率,3天后应用扫描电镜及激光共聚焦显微镜观察细胞黏附状态.结果 X射线光电子能谱(XPS)及吸光度法测定RGD的负载率为67%.应用电镜测得支架的大孔道的直径约为400 μm,而小孔径为3～5 μm.应用酶标仪测定两种支架4 h的骨髓基质干细胞的黏附率,负载RGD组为(80.7±1.8)%而无RGD组为(54.7±2.6)%.继续培养3天后应用激光共聚焦显微镜及扫描电镜观察,负载RGD组明显提高了MSCs的黏附数量和质量.结论 RGD多肽具有促进MSCs在短时间内迅速黏附CS/HA复合多孔支架作用.
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靶向给药微型医疗机器人
近日，香港中文大学工程学院机械与自动化工程学系成功研制了微型医疗机器人。它呈多孔支架状，长度接近头发丝的直径。能精准传送药物至人体的特定部位，预计将来可用于癌症、脑梗中风、视网膜退化等多种疾病的靶向治疗。
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三种多孔磷酸钙陶瓷制备方法的比较研究
目的 以磷酸钙双相陶瓷为材料,采用3种成型方法制备多孔生物陶瓷支架,比较不同制备方法所获得的多孔陶瓷的孔结构,为骨组织工程提供适合的支架材料.方法 本实验用不同配比的H2O和SiO2溶胶配制浆料,以添加致孔剂法、冷冻干燥法及有机泡沫浸渍法制备陶瓷坯体,经高温烧结得到多孔双相陶瓷支架.通过扫描电镜(SEM)观察了陶瓷块的孔结构、孔径及孔的连通性.同时,检测了多孔陶瓷的气孔率及力学强度,从而评价其作为骨组织工程支架材料的可行性.结果 本研究采用的3种制备方法获得的多孔陶瓷,均具有连通的孔结构.添加致孔剂法获得陶瓷的孔径为72±30 μm,气孔率为92.3%;冷冻干燥法获得的陶瓷孔径较小(23～47 μm),气孔率为74%～87%;有机泡沫浸渍法制备出的孔径大(164±46 μm),气孔率为90.2%.力学强度测试结果显示,有机泡沫浸渍法制备的多孔陶瓷的抗压强度大(71±18 Kpa);添加致孔剂法其次,抗压强度为18±5 Kpa;冷冻干燥法获得的多孔陶瓷抗压强度为14～44 Kpa,抗压强度低.结论 3种制备方法均能够制备出具有连通孔结构的高气孔率的多孔磷酸钙陶瓷,以有机泡沫浸渍法和添加致孔剂法制备的多孔陶瓷力学强度较高,更适合作为骨组织工程支架材料.
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巯基化壳聚糖支架材料的研究
目的 制备含有功能性基团-巯基的壳聚糖组织工程用多孔支架材料.方法 用巯基醋酸对壳聚糖2位伯氨基进行改性,得到的壳聚糖-巯基醋酸偶合物,以一定体积比与壳聚糖混合后,采用冷冻干燥法得到多孔支架.运用X-射线光电子能谱分析表征壳聚糖改性前后化学成分相对含量的变化,并通过扫描电镜及力学测试研究不同制备参数对支架形貌和拉伸强度的影响.结果 壳聚糖-巯基醋酸与壳聚糖以7:3比例混合制备的支架拉伸强度为0.244 Mpa,远远高于纯壳聚糖支架,并且冷冻温度-20℃比-80℃和-196℃更有利于制备机械性能较好,形貌均匀,孔径分布在100～200μm之间的多孔支架.结论 混合比例和冷冻温度对支架材料的力学性能、形貌、孔径及分布有较大影响.通过优化混合比例和冷冻温度可制备各方面性能良好的功能型巯基化壳聚糖支架材料.
关键词： 壳聚糖-巯基醋酸偶合物 冷冻干燥 多孔支架 组织工程
