【摘 要】
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目的:通过冻干法和定向冰冻技术分别制备磷酸八钙/丝素蛋白/海藻酸钠(octacalcium phosphate/silk fibroin/sodium alginate,OCP/SF/SA)复合多孔骨层支架和含硫酸软骨素(hondroitin Sulfate,CS)的CS/SF/SA定向孔软骨层支架;体外实验评估支架的理化性能以及生物学行为,选择合适的骨层以及软骨层材料,构建骨-软骨结构仿生支架,
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目的:通过冻干法和定向冰冻技术分别制备磷酸八钙/丝素蛋白/海藻酸钠(octacalcium phosphate/silk fibroin/sodium alginate,OCP/SF/SA)复合多孔骨层支架和含硫酸软骨素(hondroitin Sulfate,CS)的CS/SF/SA定向孔软骨层支架;体外实验评估支架的理化性能以及生物学行为,选择合适的骨层以及软骨层材料,构建骨-软骨结构仿生支架,为下一步动物体内修复骨-软骨损伤的实验打下基础。方法:(1)支架的制备以及理化性能分析:制备OCP/(SF+SA)质量百分比为0:100、10:90、25:75、50:50和75:25的5组复合多孔骨层支架、CS浓度为0%、1%、2%和10%的4组定向孔软骨层支架以及骨-软骨结构仿生支架;使用扫描电镜(SEM)观察支架的形貌;使用X射线衍射仪(XRD)检测支架材料的晶体结构;使用傅里叶红外光谱仪(FTIR)测定支架的分子结构;将支架浸泡在模拟体液(SBF)中观察矿化情况;将支架浸泡在磷酸盐缓冲液(PBS)中检测支架的吸水率、降解率、骨层支架钙离子(Ca2+)释放情况以及软骨层支架硫酸软骨素释放情况;使用动态力学试验机测试支架的力学性能。(2)支架的体外细胞学分析:将骨髓间充质干细胞(m BMSCs)种植在骨层支架上进行培养,CCK-8法检测细胞增殖情况;SEM和共聚焦显微镜(CLSM)观察细胞粘附情况;ALP染色、ALP活性测定和成骨分化相关基因表达检测评估细胞的成骨分化情况。将ATDC5与软骨层支架浸提液共培养,使用CCK-8法检测细胞的增殖情况;使用Live-dead染色检测细胞活性;使用阿利新蓝染色和成软骨分化相关基因表达检测评估成软骨分化情况。结果:(1)支架的理化性能分析:SEM照片显示骨层支架具有蜂窝状多孔结构,直径在81±42μm至219±56μm之间,孔径随着OCP含量增加而减小,14 d矿化实验中,10:90、25:75组支架出现大量片状的类似羟基磷灰石(HA)的晶体;软骨层支架具有定向孔结构,孔隙大小为130±39μm至444±53μm之间,随着CS含量增加,孔径逐渐减小;骨-软骨结构仿生支架骨层为蜂窝状的多孔结构,软骨层为定向孔结构,两层结构之间逐渐转变,构成骨-软骨界面;FTIR结果显示,骨层以及软骨层支架均出现丝素蛋白β-折叠结构吸收峰;XRD结果显示,OCP/SF/SA复合支架中出现OCP的特征峰,其峰强与OCP的含量成正比;吸水率实验结果显示,0:100、10:90、25:75组骨层支架吸水率良好,复合大量的OCP降低了吸水率,而各组软骨层支架吸水率良好,CS掺入可以增加支架吸水率;骨层支架在PBS中可以释放Ca2+;软骨层支架在PBS中可以释放CS;此外,OCP的掺入降低了支架降解率,但提高了支架的机械性能。(2)骨层支架的体外细胞成骨活性:CCK-8检测结果提示,m BMSCs可在各组支架上增殖,以25:75组增殖最为明显;SEM和CLSM结果显示,m BMSCs在各组支架上粘附良好;ALP活性和染色结果表明,10:90和25:75组ALP活性较其它组高;q PCR结果显示,适量的OCP可以促进成骨分化相关基因(ALP、Col-I)的表达,高含量的OCP可以促进OC、OPN基因的表达。(3)软骨层支架的体外细胞成软骨活性:CCK-8检测结果提示,ATDC5在各组支架浸提液中增殖良好,以2%CS组最为明显;Live-dead染色结果显示,各组支架的细胞相容性良好;阿利新蓝染色结果表明,ATDC5在含CS支架浸提液中分泌的多糖量较SF/SA组多;q PCR结果显示,适量的CS可以促进成软骨分化相关基因(Col-II,Sox9、Aggrecan)的表达。结论:本研究成功的构建了具有良好理化性能以及生物相容性的骨-软骨结构仿生支架,骨层复合的OCP能够促进m BMSCs成骨分化,软骨层复合的CS能够促进ATDC5成软骨分化,为下一步体内修复骨-软骨损伤动物实验打下了基础。
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