骨修復(fù)用形狀記憶聚氨酯的細(xì)胞相容性研究.pdf

1、形狀記憶聚氨酯(Shape memory polyurethane，SMPU)是一種能感知外界溫度變化并發(fā)生形狀改變的新型智能材料。因其良好的形狀記憶功能而成為功能材料研究的熱點(diǎn)之一，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尤其是微創(chuàng)手術(shù)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文以丙交酯、對(duì)二氧環(huán)己酮、乙二醇、1，6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、丁二胺為主要原料采用兩步法合成了具有不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的新型形狀記憶聚氨酯。采用靜態(tài)水接觸角和吸水率測(cè)定綜合評(píng)價(jià)了SMPU的親/疏水

2、性。采用體外細(xì)胞培養(yǎng)法，以SD大鼠顱骨成骨細(xì)胞為模型細(xì)胞，以聚(DL-乳酸)(PDLLA)為對(duì)照，將細(xì)胞與各SMPU膜復(fù)合培養(yǎng)，從細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞附著與鋪展、細(xì)胞增殖與遷移、細(xì)胞分化與礦化能力等方面考查SMPU與成骨細(xì)胞的細(xì)胞相容性；同時(shí)，考查了SMPU拉伸-復(fù)形形變對(duì)細(xì)胞行為的影響，從而更綜合地評(píng)價(jià)了SMPU與成骨細(xì)胞的細(xì)胞相容性，為動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。主要工作和結(jié)論如下：
　　 (1)細(xì)胞培養(yǎng)及鑒定：采用組織塊

3、法培養(yǎng)了大鼠乳鼠顱骨成骨細(xì)胞，并利用差時(shí)貼壁法對(duì)其進(jìn)行有效純化。通過(guò)形態(tài)觀察、ALP染色鑒定表明具有成骨細(xì)胞的典型生物學(xué)行為。細(xì)胞經(jīng)過(guò)傳代培養(yǎng)至第三代用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
　　 (2)SMPU的合成及親/疏水性測(cè)定：以丙交酯、對(duì)二氧環(huán)己酮和乙二醇為主要原料先合成大分子二醇(HO-P(LA-PDO)-OH)，并以合成的大分子二醇作為軟段，1，6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和丁二胺作為硬段，通過(guò)調(diào)節(jié)軟硬段比例，合成了“NCO/OH”比例

4、分別為1.1、1.15和1.2的三種聚氨酯，即SMPU1、SMPU2和SMPU3。采用靜態(tài)水接觸角和吸水率綜合評(píng)價(jià)了材料的親/疏水性能。結(jié)果表明，隨SMPU中硬段含量的增加，材料的親水性增強(qiáng)；
　　 (3)SMPU膜對(duì)成骨細(xì)胞生長(zhǎng)行為的影響：以SD大鼠顱骨成骨細(xì)胞為模型細(xì)胞，以PDLLA為對(duì)照，將成骨細(xì)胞與SMPU膜復(fù)合培養(yǎng)，考查了成骨細(xì)胞在不同SMPU膜上的形態(tài)、附著、鋪展、增殖、遷移速率和凈位移。結(jié)果表明，細(xì)胞在SMPU膜上

5、的適應(yīng)期長(zhǎng)于PDLLA膜，其早期的細(xì)胞形態(tài)、黏附、鋪展和增殖都略次于PDLLA膜。但隨接種時(shí)間延長(zhǎng)，細(xì)胞在SMPU上的增殖速率明顯加快，且隨硬段含量的增大，細(xì)胞的增殖速率和遷移速率也相應(yīng)加快。
　　 (4)SMPU膜對(duì)成骨細(xì)胞分化、礦化的影響：采用BCA法、酶動(dòng)力法、比色法分別測(cè)定了細(xì)胞與SMPU復(fù)合培養(yǎng)第7、10、13d的總蛋白質(zhì)含量、堿性磷酸酶(ALP)活性和無(wú)機(jī)鈣含量，RT-PCR法檢測(cè)了成骨細(xì)胞Ⅰ型膠原mRNA的表達(dá)情況

6、。結(jié)果表明，細(xì)胞接種后10d內(nèi)，SMPU膜上的細(xì)胞的總蛋白含量、ALP活性和無(wú)機(jī)鈣的分泌量等功能指標(biāo)均低于PDLLA組，但在接種后10-13d，SMPU膜上細(xì)胞的各指標(biāo)增長(zhǎng)速率均明顯優(yōu)于PDLLA組，且SMPU3＞SMPU2＞SMPU1。這表明SMPU材料比PDLLA具有更好的促進(jìn)細(xì)胞分化和礦化的能力，但并未縮短細(xì)胞的生長(zhǎng)分化周期。SMPU3膜上細(xì)胞的Ⅰ型膠原表達(dá)量高于PDLLA和SMPU2、SMPU1，這進(jìn)一步說(shuō)明SMPU3具有優(yōu)良的

7、細(xì)胞相容性。
　　 (5)拉伸-復(fù)形形變對(duì)SMPU的細(xì)胞相容性的影響：以玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在體溫附近的SMPU1為研究對(duì)象，將SMPU1膜分別在Tg+15℃、Tg-15℃和Tg+15℃下拉伸，固定，復(fù)形，考察形狀記憶形變對(duì)膜表面結(jié)構(gòu)，繼而對(duì)成骨細(xì)胞行為的影響。結(jié)果表明，SMPU1在形狀記憶形變前后，其表面都存在明顯的規(guī)則的相分離結(jié)構(gòu)；形狀記憶形變后的SMPU1表面形成了微溝槽結(jié)構(gòu)，這種微溝槽結(jié)構(gòu)促進(jìn)了細(xì)胞的黏附與增殖，并使細(xì)胞形態(tài)表

8、現(xiàn)出一定的取向性。
　　 綜上所述，盡管SMPU上成骨細(xì)胞的早期黏附、鋪展和增殖不及PDLLA，但長(zhǎng)期接種后，SMPU具有更好的促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化和礦化的能力。且隨SMPU中硬段含量的增大，成骨細(xì)胞的增殖、分化和礦化的能力都逐漸增強(qiáng)。拉伸-復(fù)形過(guò)程可改變SMPU膜的表面形態(tài)，并在SMPU表面形成微溝槽結(jié)構(gòu)。這種微溝槽結(jié)構(gòu)有利于細(xì)胞的黏附和增殖，并使細(xì)胞表現(xiàn)出一定的取向性。這些結(jié)果都提示本研究所制備的形狀記憶聚氨酯具有良好的成