三维打印制备功能性介孔生物活性复合支架及其生物学性能研究

来源 :上海理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rzq1988
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骨组织工程的提出和发展改变了传统的骨缺损修复治疗模式。骨组织工程包括三个基本要素—细胞、支架材料、信号分子,其中支架材料作为构建骨组织工程最基本的载体材料,在骨组织工程中扮演着非常重要的角色。本文运用三维打印技术成功制备了Sr-MBG/PVA、Fe3O4/MBG/PCL、CeO2-MCS/PCL三种功能性介孔生物活性复合支架材料,并分别探究了支架理化特性,药物装载缓释和生物学性能。具体研究内容和结果如下:(1)采用水热法合成了有序介孔生物活性玻璃(MBG)和锶掺杂的介孔生物活性玻璃(Sr-MBG)粉体。运用三维打印技术制备了孔道互相连通的MBG/PVA和Sr-MBG/PVA复合支架,支架抗压强度能达到9MPa,基本可以满足人体松质骨2-12MPa的抗压强度要求。Sr-MBG/PVA复合支架具有和MBG/PVA支架类似良好的生物活性和药物缓释性能。更重要的是,Sr-MBG/PVA复合支架可以促进类成骨细胞的粘附、增殖、ALP活性、成骨基因表达和细胞外基质(ECM)的矿化。以鼠颅骨极量骨缺损为动物模型的动物实验中,Sr-MBG/PVA复合支架组比MBG/PVA支架组具有更加优异的骨诱导活性,更能促进骨缺损处新骨生成和血管生成。(2)采用挥发诱导自组装方法和共沉淀法分别制备有序介孔生物活性玻璃(MBG)和超顺磁四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒。运用三维打印技术制备了孔道互相连通的磁性Fe3O4/MBG/PCL复合支架,抗压强度能达到13-17MPa。磁性Fe3O4/MBG/PCL复合支架具有优异的生物活性,较高的药物装载能力和缓释性能。磁性Fe3O4纳米颗粒的复合,赋予Fe3O4/MBG/PCL复合支架磁热功能,并且复合支架的磁热功能随Fe3O4复合量的增加而提高。更重要的是,磁性Fe3O4/MBG/PCL复合支架可以有效促进骨髓间质干细胞的粘附、增殖与分化。以兔子股骨骨缺损为动物模型的体内动物实验中,以MBG/PCL支架为对照组,磁性15Fe3O4/MBG/PCL复合支架表现出更加优异的骨诱导活性和成骨性能。(3)采用溶胶凝胶法合成了铈掺杂介孔硅酸钙(CeO2-MCS)粉体。运用三维打印技术制备了三维多孔CeO2-MCS/PCL复合支架,支架抗压强度约为7MPa。CeO2-MCS/PCL复合支架具有良好的生物活性,CeO2-MCS粉体具有较高的药物装载能力和药物缓释性能。细胞实验结果表明,以MCS/PCL支架为对照组,CeO2-MCS/PCL复合支架组明显促进骨髓间质干细胞的粘附、增殖和分化,有利于骨组织修复。本文研究结果表明,三维多孔Sr-MBG/PVA复合支架具有良好的生物活性,药物缓释性能和抗压强度,同时复合支架可以促进类成骨细胞的增殖分化和体内成骨与成血管,可望用于骨质疏松骨的修复。磁性Fe3O4/MBG/PCL复合支架具有良好的生物活性、磁热性能、抗压强度和持续的药物缓释性能,并且具有良好的体内外生物学效应,是一种新型的兼具治疗与修复的多功能支架。功能性CeO2-MCS/PCL复合支架具有良好的生物活性和抗压强度以及药物输送性能,并且可以促进骨髓间质干细胞的增殖与成骨分化,可望用于骨修复与抗菌治疗。
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