介孔/纳孔复合生物玻璃薄膜的制备及成骨诱导效应

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在金属植入体表面进行修饰以增强其骨整合能力是当前骨修复领域的一个重要研究方向。表面微纳结构、化学组成和生物因子改性等方法,构建适合于细胞和组织生长的表面微环境,是促进骨整合的有效途径。基于纳米多孔表面曲率变化可影响细胞外基质蛋白质的吸附而调节细胞粘附增殖和分化的行为,以及介孔生物玻璃(MBG)具有优良生物相容性和生长因子承载能力的特点,本论文开展了构建介孔/纳孔复合生物玻璃薄膜的研究,以期薄膜兼具良好调节细胞分化能力和生长因子承载能力,从而实现更快速的骨整合建立。  本研究主要内容包括:⑴以P123为介孔模板,以TMB扩孔法或PS微球硬模板法形成纳孔方式,制备介孔/纳孔复合生物玻璃薄膜。在TMB扩孔法中,薄膜形成的纳孔形状不固定,尺寸分散性大,难以调控。在PS微球硬模板法中,PS微球在乙醇中分散性不佳,在水溶剂中能均匀分散,所形成的纳孔,孔径均一且规则。随后对用PS微球、水为溶剂制备的3种介孔/纳孔复合生物玻璃薄膜进行表征和生物学评价。其薄膜特征为介孔尺度为5.4 nm,纳孔尺度分别为25 nm、50 nm和100 nm;纳孔均匀地分散介孔玻璃膜上,介孔与纳孔相互连接,膜厚均在320 nm左右;BET测试进一步显示薄膜具有典型的介孔/纳孔复合薄膜特征,比表面积300.4-359.9 m2/g,孔容0.36-0.52 cm3/g,说明在整个介孔玻璃薄膜中纳孔均匀分布。⑵对介孔/纳孔复合生物玻璃薄膜的生物学响应评价结果表明:随着纳孔的增大,表面曲率半径增大,白蛋白和纤连蛋白在薄膜上吸附量增加,粘附其上的MC3T3-E1细胞(培养1天)长径比和伪足数量随之增加;细胞(培养7天)的ALP活性也显示出同样的趋势,纳孔的复合使之增强,100 nm纳孔薄膜上最高,为MBG薄膜的1.75倍。100 nm纳孔薄膜上由于更多的蛋白质吸附和更大孔深、孔沿,能使细胞铺展和胞体拉长,继而有利于成骨分化。薄膜承载 rhBMP-2后可显著增强促进细胞成骨分化,较承载前的细胞(培养7天)ALP活性平均提高了2.3倍,其中100 nm纳孔薄膜上细胞ALP活性提高程度最大,达2.9倍。这可能100 nm纳孔薄膜的纳孔结构与介孔释放的 rhBMP-2产生最佳的协同作用,增强rhBMP-2的诱导分化能力。⑶通过纳孔与介孔复合,可以有效调控细胞成骨分化和增强 rhBMP-2的诱导效果,赋予了生物玻璃薄膜优良的促进成骨性能,到达骨整合的快速建立。
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