仿生復(fù)合納米水凝膠在骨組織工程的應(yīng)用和研究.pdf

1、骨缺損的有效治療一直以來是骨科臨床面臨的一個重大挑戰(zhàn)，這也促使了科學(xué)家們對具有生物活性的骨移植材料長期探索和研發(fā)。受天然骨組織微納結(jié)構(gòu)啟發(fā)，本課題設(shè)計組裝了負(fù)載間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的高仿生復(fù)合水凝膠，創(chuàng)造性的在甲基丙烯酸化明膠水凝膠（gelatin methacrylate）中共混兩種骨礦物—納米羥基磷灰石(HAP:Ca10(PO4)6(OH)2)和白磷鈣石(WH:Ca18Mg2(HPO4)2(PO4)12)，從而構(gòu)建了具有類似天然

2、骨組成和結(jié)構(gòu)的生物活性三維仿生復(fù)合納米骨組織工程材料。我們成功的合成了納米HAP和納米WH，確定促進(jìn)MSCs增殖最佳納米HAP和納米WH濃度為100μg/mL。有趣的是，在相同的納米HAP和納米WH濃度下（100μg/mL），復(fù)合水凝膠擁有成骨分化的最適物理微環(huán)境（彈性模量約25kPa）。封裝的MSCs在第1,3和7天都表現(xiàn)出高活性，存活率大于90％，證實了復(fù)合水凝膠良好的生物相容性。此外，在探索分析仿生復(fù)合水凝膠微環(huán)境內(nèi)最優(yōu)HAP和W

3、H比例的實驗過程中，間充質(zhì)細(xì)胞鋪展，活性，增殖，分化和新骨形成的實驗結(jié)果都一致表明75%HAP+25%WH組仿生復(fù)合水凝膠具備最大程度的成骨活性和最佳誘導(dǎo)新骨形成的能力。PCR和免疫熒光的結(jié)果表明，75%HAP+25%WH組仿生復(fù)合水凝膠成骨基因和蛋白堿性磷酸酶（ALP），骨鈣素（OCN）,骨橋蛋白（OPN）和RUNX2轉(zhuǎn)錄因子（RUNX2）表達(dá)量都大幅提高。其潛在的機制得到了初步證明：HAP調(diào)控水凝膠的機械強度，WH調(diào)控水凝膠的生物活

4、性，在機械強度和生物活力的協(xié)同作用下，75%HAP+25%WH復(fù)合水凝膠表現(xiàn)出了最優(yōu)異的生物學(xué)性能。為了進(jìn)一步篩選并確定更精準(zhǔn)的納米HAP和納米WH比例范圍，我們測試分析比較五組復(fù)合水凝膠65%HAP+35%WH,70%HAP+30%WH,75%HAP+25%WH,80%HAP+20%WH,85%HAP+25%WH的成骨活性，成骨相關(guān)標(biāo)記物。體外實驗結(jié)果表明，在仿生復(fù)合水凝膠中更精確的最優(yōu)納米HAP和納米WH比例范圍可以定義為HAP占8