丝素蛋白-羟基灰石骨材料的纳米结构设计及骨诱导性能调控研究.pdf

2 丝素蛋白-羟基磷灰石骨材料的纳米结构设计及骨诱导性能调控研究 中文摘要 丝素蛋白-羟基磷灰石骨材料的纳米结构设计 及骨诱导性能调控研究 中文摘要 由于创伤、感染以及发育异常等原因导致的大面积骨缺损的修复在临床治疗上仍 面临巨大的挑战。目前常用的自体和异体移植治疗方法都存在不同程度的问题。组织 工程的出现为骨缺损修复的治疗提供了新的选择方法。构建生物特性与正常骨相似的 组织工程骨是目前骨组织工程研究的热点。羟基磷灰石的组成与人体骨的无机成分相 似。尤其是纳米级羟基磷灰石，因具有良好的生物相容性、骨传导性和骨再生性，被 广泛应用于骨组织工程领域。但目前的纳米级羟基磷灰石存在尺寸均一性和水分散性 较差的问题，限制了其在骨组织工程中的应用。从仿生矿化的角度出发，利用纳米技 术，制备水分散性优良的纳米羟基磷灰石，构建新型实用的骨组织修复材料，有望推 动骨组织工程的发展。 丝素蛋白由于其独特的机械性能、生物相容性和缓慢的降解性，受到越来越多的 关注，成为骨组织工程的基质材料。本文首先以尺寸均一的丝素蛋白纳米颗粒为模板 仿生矿化制备纳米级羟基磷灰石，通过调控工艺参数，获得尺寸均一，能在水中稳定 分散、具有核壳结构的羟基磷灰石/丝素蛋白纳米颗粒，并研究发现了丝素蛋白包覆 层对稳定纳米颗粒的关键作用。随后，将此纳米颗粒直接分散在丝素蛋白溶液中形成 均一的丝素蛋白与羟基磷灰石混合物，经过冷冻干燥制备丝素蛋白/羟基磷灰石复合 支架。与已有报道的丝素蛋白/羟基磷灰石复合支架相比，本研究所制备的复合支架 不仅具有更高的羟基磷灰石含量，同时实现了羟基磷灰石纳米颗粒在纳米尺度的均匀 分布，以及力学强度的显著提高。体外细胞实验结果表明，在不添加成骨生长因子的 情况下，复合支架中羟基磷灰石的含量和分布影响骨髓间充质干细胞的生长和成骨分 化能力。纳米颗粒含量高且分布均匀的丝素蛋白复合支架能够提供更适宜的环境，显 著提高间充质干细胞的生长和成骨分化能力。 与此同时，利用上述具有核壳结构的羟基磷灰石/丝素蛋白纳米颗粒作为载体,成 I 中文摘要 丝素蛋白-羟基磷灰石骨材料的纳米结构设计及骨诱导性能调控研究 功加载骨生长因子骨形态蛋白2 （BMP-2 ），并实现了因子的可控释放。BMP-2 加载 率高达99.6%，可稳定释放21 天以上，没有出现“突释”现象。细胞实验结果表明 同原有体系相比，现有的控释体系能够更好地促进间充质干细胞的生长和向成骨细胞 的分化。随后，将BMP-2 控释体系同丝素蛋白/羟基磷灰石复合支架制备技术结合， 构建能够可控释放 BMP-2 ，且羟基磷灰石均匀分布的复合支架体系，以构建适合骨 修复的微环境。同不含BMP-2 的复合支架相比，上述体系不仅获得了更好的成骨分 化效果，同时还通过调控BMP-2 的释放行为实现了干细胞向成骨细胞分化能力的优 化。动物实验结果进一步表明，同原有加载BMP-2 的丝素蛋白基支架相比，该复合 支架显示出更好地诱导骨再生的能力。 总之，本文以尺寸均一的丝素蛋白纳米颗粒为模板，调控羟基磷灰石纳米颗粒的 生成，不仅优化了丝素蛋白/羟基磷灰石骨材料的设计，同时实现了更为有效控释 BMP-2 的载体的制备以及同丝素蛋白/羟基磷灰石骨材料的复合，最终构建出适合骨 再生的微环境。更重要的是，基于对上述不同因素的调控，研究了不同关键因素影响 干细胞分化以及骨修复的作用，为新型骨材料的设计提供了理论参考。 关键词：丝素蛋白，羟基磷灰石，仿生矿化，骨形态蛋白2 ，骨组织工程 作 者：黄晓卫 指导老师：吕 强 II A study on nano-structural design and osteoinductivity r