论文部分内容阅读
第一章:具有成骨能力的工程多功能TEOS/GEL水凝胶在临界尺寸节段性骨缺损修复中的作用和机制背景:治疗临界尺寸的节段性骨缺损是临床工作中的一项艰巨挑战。制备具有显著骨诱导特性的骨移植替代物是治疗临界尺寸骨缺损的可行策略。方法:1.TEOS/GEL水凝胶制备:将聚乙烯醇（PVA）、四硼酸钠（Na2B4O7）和原硅酸四乙酯（TEOS）逐步混合孵育成一种生物相容性水凝胶。2.TEOS/GEL水凝胶表征分析:通过流变分析、溶胀比、降解实验和扫描电子显微镜（SEM）评估超分子水凝胶的特性。3.TEOS/GEL水凝胶对骨髓间充质干细胞活性和骨化的影响:通过CCK-8检测活性、茜素红S染色检测钙化;Q-PCR检测成骨基因。4.包封骨间充质干细胞的TEOS/GEL水凝胶对兔节段性骨缺损骨再生作用的分析:构建兔桡骨节段性骨缺损模型、包封骨间充质干细胞的TEOS/GEL水凝胶移植显微CT和组织形态测量学染色（H＆E染色）。结果:1.TEOS/GEL水凝胶表征分析:冻干后的水凝胶具有相互连接的多孔结构;随着PVA和Na2B4O7含量增加,水凝胶的储模量和损失模量相应增加,而TEOS浓度的变化对水凝胶的储模量和损失模量影响不大;TEOS/GEL水凝胶被切割成两半,两个单独的TEOS/GEL水凝胶可以在30min内重新组装成一个整体;TEOS/GEL水凝胶在20min左右达到溶胀平衡,水凝胶的最大溶胀率约为7%;TEOS/GEL水凝胶可以在36天内完全降解。2.相较于对照水凝胶组、Gel组,TEOS/GEL水凝胶对骨髓间充质干细胞的活力无影响,并可促进骨髓间充质干细胞的矿化沉积,上调成骨相关基因（RUNX2、Col-1、OCN 和 OPN）的表达。3.包封骨间充质干细胞的TEOS/GEL水凝胶相较于对照水凝胶组、Gel组,明显增加了骨体积分数（BV/TV）值,并诱导缺损区域骨桥形成和髓腔再通。结论:1.TEOS/GEL水凝胶具有自愈性、低溶胀率、可降解性和具有相互连接的多孔结构;2.TEOS/GEL水凝胶具有良好的生物相容性并有利于骨髓间充质干细胞向成骨方向分化,其机制是通过激活RUNX2成骨信号通路;3.包封骨间充质干细胞的TEOS/GEL水凝胶移植促进兔节段性骨缺损的骨再生。第二章:包封骨间充质干细胞的GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶在大鼠临界尺寸的颅骨缺损修复中的作用和机制目的:鉴于治疗骨缺损的自体骨移植受到供体部位供应不足和发病率不足的限制,开发仿生骨移植材料作为一种替代方法已经得到了一致的关注。然而,设计能够将骨细胞外基质、成骨细胞和骨诱导成分的仿生特性与快速便捷的策略相结合仿骨材料仍然存在障碍。方法:1.GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶制备:本研究设计并制备了一种骨髓间充质干细胞（BMSCs）、纳米羟基磷灰石（HAP）和纳米硅酸盐（SN）载骨模拟明胶-甲基丙烯基水凝胶（GelMA-HAP-SN）系统。2.GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶表征分析:采用透射电镜观察纳米HAP和SN的形貌,场发射扫描电镜扫描冻干水凝胶样品的内部微观结构;通过应力恢复试验,分析了 GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶的流变学;傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶化学官能团和晶体结构;Instaton 5542机械测试仪分析机制结构;PBS中浸泡分析水凝胶的溶胀和降解性能。3.GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶对骨髓间充质干细胞的体外实验分析:钙黄绿素AM及免疫荧光染色检测GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶中培养的骨髓间充质干细胞活力、增殖和扩散。茜素红S染色、Q-PCR、免疫荧光和免疫印迹实验观察骨髓间充质干细胞的骨化情况。4.包封骨间充质干细胞的GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶促进大鼠临界尺寸颅骨缺损骨再生分析:构建大鼠颅骨缺损模型、GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶移植、显微CT和组织形态测量学染色（H＆E染色、Goldner-Masson染色）。结果:1.GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶为一个相互连接的多孔网络微观结构,具有可注射性;SN增强预聚合物的剪切恢复能力;纳米颗粒与GelMA主链之间没有产生化学键;HAP和SN不影响GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶溶胀率和降解曲线。2.100 μg/mL的HAP和2%SN构建的GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶对骨髓间充质干细胞活力无影响,较GelMA、GelMA-SN和GelMA-HAP组显著促进细胞增殖。3.GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶组显著上调了骨髓间充质干细胞成骨基因（RUNX2、ALP、OCN和OPN）的表达及基质矿化较GelMA、GelMA-SN和GelMA-HAP组显著增加。4.大鼠临界尺寸颅骨缺损的模型中,包封骨髓间充质干细胞的GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶修复组骨矿物质密度（BMD）、骨体积（BV）与骨体积分数（BV/TV）较GelMA、GelMA-SN和GelMA-HAP组显著增加。结论:1.GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶具备良好的骨组织修复工程材料的物理特征。2.GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶促进骨间充质干细胞骨化,其机制是通过激活成骨信号通路RUNX2。3.包封骨髓间充质干细胞的GelMA-HAP-SN纳米复合水凝胶促进大鼠临界尺寸的颅骨缺损的骨再生。