超臨界CO2發(fā)泡法制備生物活性多孔PLGA支架及活性因子釋放過程研究.pdf

1、超臨界CO2發(fā)泡利用超臨界CO2對聚合物的塑化作用，降低聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔融溫度，在溫和的條件下制備得到多孔支架。目前對利用超臨界CO2發(fā)泡制備高密度微孔材料的研究較多，關于組織工程支架制備方面的研究仍處于發(fā)展階段。本文以PLGA為基質(zhì)，基于超臨界CO2發(fā)泡技術制備了具有可控孔結(jié)構(gòu)的多孔PLGA支架，在此基礎上得到了負載生物活性因子的多孔PLGA支架，深入研究了生物活性因子的負載方法及其從多孔支架中的釋放行為與釋放機理，以期用于

2、骨組織工程中。
　　首先，以亞微米級NaCl(＜1μm)為致孔劑，利用超臨界CO2發(fā)泡/顆粒瀝濾法制備具有開孔結(jié)構(gòu)的PLGA支架。其中NaCl顆粒不僅可以作為致孔劑，瀝濾后在基質(zhì)內(nèi)形成微孔，而且可以作為成核劑，有效增強發(fā)泡過程中的成核行為。當NaCl的添加量為5％和20％時，均可得到具有開孔結(jié)構(gòu)的支架，其孔徑分別為170±44μm和67±25μm。隨著NaCl添加量增加至50％，NaCl顆粒更利于形成氣核，不利于氣核生長，易在發(fā)泡

3、中形成微小孔，同時支架中由NaCl顆粒瀝濾形成的微孔增多，制備得到的支架孔徑呈減小的趨勢。另外，操作壓力與溫度通過改變CO2在聚合物中的溶解、擴散和聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及黏度，影響制備得到的支架的多孔結(jié)構(gòu)。
　　其次，引入成核劑超臨界CO2發(fā)泡法一步制備具有雙/多模式孔結(jié)構(gòu)的復合支架，其中亞微米級羥基磷灰石不僅在發(fā)泡過程中承擔成核劑的作用，而且可有效提高多孔支架的機械強度和生物活性。在實驗條件范圍內(nèi)，即成核劑的添加量5～20％，

4、操作溫度35～55℃，泄壓速率低至0.1MPa/min，均可以很好地制備得到具有雙模式孔結(jié)構(gòu)的支架。操作壓力對發(fā)泡過程的影響較大，當壓力小于9 MPa時，可以得到具有多模式孔結(jié)構(gòu)的支架;而當壓力大于15 MPa時，易形成具有高密度微孔分布的多孔結(jié)構(gòu)。引入羥基磷灰石作為成核劑，制備得到的復合支架的連通孔隙率為52.53±2.69％～83.08±2.42％，壓縮模量為2.67±0.37～18.15±5.16 MPa，可以基本滿足硬骨和軟骨組

5、織的要求。該方法避免了顆粒瀝濾過程，可以一步制備具有雙/多模式孔結(jié)構(gòu)的復合支架。
　　第三，基于超臨界CO2發(fā)泡技術制備負載生物活性因子的多孔PLGA支架。活性因子負載的形式直接決定了其在支架中的分布和釋放行為，本研究針對三種活性因子，分別采用了不同的負載方式，研究活性因子從支架的釋放行為。(1)將超臨界溶液浸漬與發(fā)泡相耦合，在藥物負載的同時實現(xiàn)基質(zhì)的發(fā)泡，制備負載布洛芬的多孔PLGA支架。藥物負載量為3.65±0.67％(w/w

6、)，經(jīng)超臨界CO2浸漬到基質(zhì)中的布洛芬可作為隨后發(fā)泡過程的成核劑，增強成核行為。(2)采用共溶/乳化-溶劑揮發(fā)法制備負載地塞米松的PLGA微球、壓片，隨后利用超臨界CO2發(fā)泡/顆粒瀝濾法制備負載地塞米松的多孔支架。與布洛芬的情形相似，地塞米松在發(fā)泡過程中也有助于形成氣核、孔合并和孔壁破裂，形成連通性較好、孔壁粗糙的支架。(3)對于水溶性較好的白蛋白分子，將其包裹于另一種微球載體葡聚糖G50內(nèi)，凍干后再與PLGA基質(zhì)混合壓片，發(fā)泡得到的支

7、架具有更穩(wěn)定的釋放效果。結(jié)果表明，利用三種不同的負載方式制備得到的負載生物活性因子的多孔支架具有不同的釋放效果，為實現(xiàn)兩種以上活性因子的負載及多重釋放模式奠定了基礎。利用Ritger-Peppas方程對生物活性因子從多孔PLGA支架中的釋放行為進行擬合，布洛芬和白蛋白的釋放屬于菲克擴散;地塞米松屬于非菲克擴散。
　　最后，以小分子藥物為代表，詳細考察了載藥支架釋放體系中聚合物、藥物和水三者之間的相互作用，研究藥物從多孔PLGA支架

8、的釋放機理。利用超臨界溶液浸漬負載的布洛芬和共溶/乳化-溶劑揮發(fā)法負載的地塞米松均以分子形式均勻分散在聚合物基質(zhì)內(nèi)部，聚合物的自由體積和鏈蠕動性會影響藥物的擴散，其中鏈蠕動性占據(jù)主導地位。水分子以本體水或弱氫鍵結(jié)合的結(jié)合水形式擴散進入PLGA內(nèi)，促進PLGA鏈段的運動，與PLGA的基團發(fā)生弱氫鍵和疏水相互作用。水分子與PLGA之間的相互作用會影響多孔支架的體積、孔結(jié)構(gòu)和孔隙率，特別是對具有高密度大孔結(jié)構(gòu)的支架。與PEG共聚有助于改善PL

9、GA的親水性，在生理條件下改性PLGA支架仍能維持多孔結(jié)構(gòu)。此外，藥物從多孔支架的釋放也會受到此相互作用力影響。疏水性較強的PLGA會阻礙水分子擴散進入基質(zhì)內(nèi)部，影響藥物通過溶解進行擴散，而加速藥物通過聚合物鏈的蠕動性進行擴散。布洛芬、地塞米松和PLGA在水中均帶負電，會產(chǎn)生靜電排斥作用。分析表明布洛芬從多孔PLGA支架中的釋放速率應大于地塞米松，這與實驗結(jié)果相一致。
　　超臨界CO2發(fā)泡技術的優(yōu)勢在于過程簡單、不使用有機溶劑、操