靜電紡絲法制備復(fù)合引導(dǎo)組織-骨再生材料.pdf

1、由靜電紡絲技術(shù)制備出的生物高分子納米纖維材料,與細(xì)胞外基質(zhì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)相似,具有極大的比表面積和高孔隙率等特點(diǎn),已被用于制備組織工程支架、創(chuàng)傷敷料、藥物緩釋載體等生物醫(yī)用材料。將靜電紡絲納米纖維材料用于口腔牙周組織缺損的治療,不僅能夠阻止上皮結(jié)締組織長(zhǎng)入缺損區(qū)域,還可以促進(jìn)牙周組織的再生。然而,現(xiàn)有單一組分的材料很難滿足口腔臨床治療的復(fù)雜性,因而要求通過(guò)復(fù)合不同組分和不同結(jié)構(gòu)的納米纖維材料,來(lái)實(shí)現(xiàn)組織／骨引導(dǎo)再生。此外,結(jié)合骨組織自愈合的

2、特性,由靜電紡絲制備三維復(fù)合納米纖維支架材料,來(lái)模擬骨再生過(guò)程中形成的網(wǎng)狀骨,可促進(jìn)新生組織與支架材料的整合,加速新骨的生長(zhǎng),縮短愈合時(shí)間。
　　 本文利用靜電紡絲技術(shù)制備新型齒科用引導(dǎo)組織再生(GTR)復(fù)合納米纖維材料。通過(guò)進(jìn)行材料組分、表面修飾、力學(xué)性能以及細(xì)胞相容性等方面的研究,評(píng)價(jià)這類新型生物材料用于引導(dǎo)組織／骨再生的可行性和優(yōu)越性。首先,通過(guò)采用混合溶劑體系,優(yōu)化了聚乳酸(PLLA)納米纖維膜和聚乳酸／羥基磷灰石(HA

3、)復(fù)合納米纖維膜的靜電紡絲制備工藝,不僅使納米纖維的直徑明顯降低,而且還改善了靜電紡絲過(guò)程的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)熱牽伸處理后,PLLA納米纖維的直徑隨牽伸比的增大而逐漸減小,直徑分布變窄,纖維間隙變小,而平均拉伸強(qiáng)度和拉伸模量最高分別達(dá)到了103MPa和1.83GPa。經(jīng)過(guò)堿液刻蝕和浸漬明膠水溶液處理后,在PLLA納米纖維和PLLA／HA納米纖維的表面均勻地包覆了一層明膠膜,材料的水接觸角均由130°下降到60°左右,親水性明顯得到改善。其次,

4、通過(guò)提高紡絲體系的溫度,成功地由明膠水溶液通過(guò)靜電紡絲制備出了明膠納米纖維膜材料。適宜的溫度是實(shí)現(xiàn)明膠水溶液進(jìn)行靜電紡絲的首要條件,通過(guò)調(diào)整紡絲溫度、明膠水溶液的濃度和其它工藝參數(shù),可獲得不同直徑的明膠納米纖維材料。采用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)對(duì)明膠納米纖維膜材料進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)處理,改善了材料的耐水性、熱穩(wěn)定性和力學(xué)抗拉性能。雖然在交聯(lián)過(guò)程中明膠納米纖維發(fā)生了收縮和粘連現(xiàn)象,但膜的孔

5、隙仍得以維持。交聯(lián)明膠纖維膜吸水溶脹后表現(xiàn)出良好的彈性,有利于覆蓋缺損區(qū)域,避免發(fā)生破裂而導(dǎo)致修復(fù)失敗。此外,在分散劑泊洛沙姆(Poloxamer F-68)的作用下,由混合了磷酸三鈣(β-TCP)納米粒子的明膠水溶液還制備出明膠／β-TCP混雜納米纖維膜材料,β-TCP納米粒子被包裹在明膠納米纖維上并均勻分散。
　　 通過(guò)進(jìn)一步將上述納米纖維膜材料進(jìn)行優(yōu)化組合,可設(shè)計(jì)并制備出多層復(fù)合納米纖維引導(dǎo)組織再生膜材料:表層采用致密的聚

6、乳酸納米纖維,作為物理屏障以阻隔牙齦成纖維細(xì)胞進(jìn)入缺損區(qū)域；中間層采用牽伸取向的聚乳酸平行纖維,提供足夠的力學(xué)強(qiáng)度防止材料破裂；以疏松多孔的明膠／磷酸鈣鹽雜化納米纖維作為底層,實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)組織／凰再生的功能。
　　 為了模仿天然網(wǎng)狀骨的成分與結(jié)構(gòu),本文將靜電紡絲技術(shù)與溶膠-凝膠技術(shù)相結(jié)合,通過(guò)調(diào)整初始鈣磷比,控制反應(yīng)體系pH值、紡絲液組成和燒結(jié)溫度,成功制備出高純度和高結(jié)晶度的β-TCP納米纖維支架材料,并通過(guò)浸漬法在β-TCP納米

7、纖維的表面涂覆膠原等天然聚合物,不僅提高支架材料的整體穩(wěn)定性,而且具有促進(jìn)成骨類細(xì)胞的黏附、增殖及分化的生物學(xué)活性,有望進(jìn)一步提高骨再生效率。
　　 本文最后對(duì)上述制備的復(fù)合納米纖維膜及納米纖維支架材料進(jìn)行了細(xì)胞毒性試驗(yàn)(MTT實(shí)驗(yàn))和人牙周膜細(xì)胞(hPDLCs)及成骨樣細(xì)胞(MG-63)的體外復(fù)合培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)等生物相容性檢測(cè)。MTT檢測(cè)結(jié)果顯示,第7天時(shí)PLLA／HA組hPDLCs的活細(xì)胞數(shù)均大于PLLA組,有顯著性差異。交聯(lián)后的

8、明膠納米纖維膜明顯能夠促進(jìn)hPDLCs細(xì)胞的增殖并隨著時(shí)間推移細(xì)胞活性增加。β-TCP／膠原納米纖維支架組的細(xì)胞數(shù)量在第5天時(shí)明顯高于β-TCP納米纖維材料組。通過(guò)掃描電鏡觀察不同表面形貌及不同組分的材料上細(xì)胞黏附與增殖情況,并結(jié)合復(fù)合培養(yǎng)的石蠟切片觀察,綜合評(píng)價(jià)這兩種生物材料的細(xì)胞相容性。觀察結(jié)果顯示,所有制備的納米纖維材料均能使細(xì)胞很好地黏附并且實(shí)現(xiàn)增殖:在優(yōu)化后的PLLA和PLLA／HA.納米纖維膜上,PLLA／HA組較PLLA組

9、更有利于hPDLCs的生長(zhǎng)；石蠟切片結(jié)果顯示,熱牽伸后的PLLA平行纖維膜組有良好的阻隔效應(yīng),細(xì)胞僅聚集在膜的表面；hPDLCs在明膠纖維膜表面均勻分布,細(xì)胞生長(zhǎng)狀況良好；MG-63與β-TCP／膠原納米纖維支架復(fù)合培養(yǎng)24小時(shí)后的生長(zhǎng)狀態(tài)明顯優(yōu)于β-TCP組,石蠟切片可見(jiàn)β-TCP／膠原復(fù)合纖維支架組有更多的細(xì)胞浸潤(rùn)到支架內(nèi)部。
　　 綜上所述,上述由靜電紡絲所制得復(fù)合納米纖維膜材料和支架材料均具有良好的生物相容性和力學(xué)適用性