仿生復合納米水凝膠在骨組織工程的應用和研究.pdf

1、骨缺損的有效治療一直以來是骨科臨床面臨的一個重大挑戰(zhàn)，這也促使了科學家們對具有生物活性的骨移植材料長期探索和研發(fā)。受天然骨組織微納結構啟發(fā)，本課題設計組裝了負載間充質干細胞（MSCs）的高仿生復合水凝膠，創(chuàng)造性的在甲基丙烯酸化明膠水凝膠（gelatin methacrylate）中共混兩種骨礦物—納米羥基磷灰石(HAP:Ca10(PO4)6(OH)2)和白磷鈣石(WH:Ca18Mg2(HPO4)2(PO4)12)，從而構建了具有類似天然

2、骨組成和結構的生物活性三維仿生復合納米骨組織工程材料。我們成功的合成了納米HAP和納米WH，確定促進MSCs增殖最佳納米HAP和納米WH濃度為100μg/mL。有趣的是，在相同的納米HAP和納米WH濃度下（100μg/mL），復合水凝膠擁有成骨分化的最適物理微環(huán)境（彈性模量約25kPa）。封裝的MSCs在第1,3和7天都表現(xiàn)出高活性，存活率大于90％，證實了復合水凝膠良好的生物相容性。此外，在探索分析仿生復合水凝膠微環(huán)境內最優(yōu)HAP和W

3、H比例的實驗過程中，間充質細胞鋪展，活性，增殖，分化和新骨形成的實驗結果都一致表明75%HAP+25%WH組仿生復合水凝膠具備最大程度的成骨活性和最佳誘導新骨形成的能力。PCR和免疫熒光的結果表明，75%HAP+25%WH組仿生復合水凝膠成骨基因和蛋白堿性磷酸酶（ALP），骨鈣素（OCN）,骨橋蛋白（OPN）和RUNX2轉錄因子（RUNX2）表達量都大幅提高。其潛在的機制得到了初步證明：HAP調控水凝膠的機械強度，WH調控水凝膠的生物活

4、性，在機械強度和生物活力的協(xié)同作用下，75%HAP+25%WH復合水凝膠表現(xiàn)出了最優(yōu)異的生物學性能。為了進一步篩選并確定更精準的納米HAP和納米WH比例范圍，我們測試分析比較五組復合水凝膠65%HAP+35%WH,70%HAP+30%WH,75%HAP+25%WH,80%HAP+20%WH,85%HAP+25%WH的成骨活性，成骨相關標記物。體外實驗結果表明，在仿生復合水凝膠中更精確的最優(yōu)納米HAP和納米WH比例范圍可以定義為HAP占8