适配骨组织工程的蚕丝增强聚己内酯复合材料研究

作     者：田文晗 何观平 刘玉增 管娟 

作者机构：北京航空航天大学材料科学与工程学院 首都医科大学附属北京朝阳医院骨科 北京市生物医学工程高精尖创新中心 

出 版 物：《中国修复重建外科杂志》 (Chinese Journal of Reparative and Reconstructive Surgery)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：北京航空航天大学青年科学家团队项目(KG16218401) 

主　　题：可降解生物材料 蚕丝纤维 聚己内酯 纤维增强复合材料 骨组织工程 

摘      要：目的 报道一种与骨组织力学适配的可降解骨植入材料，为临床骨再生与修复提供新材料。方法 通过叠层组装与热压复合技术，将天然蚕丝织物与医用聚己内酯（polycaprolactone,PCL）物理混合，制备含20%、40%、60%蚕丝的蚕丝增强PCL复合材料（silk reinforced PCL composite,SPC）。观察其宏观形态并采用扫描电镜观察微观结构，以压缩试验检测其压缩力学性能，表面接触角测试检测材料表面润湿性，于PBS缓冲液中浸泡180 d后观测材料降解情况，采用细胞计数试剂盒8法检测MC3T3-E1细胞在20%-/40%-SPC上的增殖情况。取6只SD大鼠，背部皮下分别植入PCL和20%-SPC两种材料，采用Masson染色分析其180 d内体内降解行为和血管化效果。结果 3种SPC断面的孔隙缺陷均较少。在20%～60%区间内，随着蚕丝含量增加，PCL含量越来越少，蚕丝织物层间距变小，纤维几乎布满整个断面。SPC的压缩模量和压缩强度呈现增大趋势，60%-SPC压缩模量略低于40%-SPC，各材料间压缩模量和强度比较差异均有统计学意义（P0.05）。体外模拟体液降解实验显示，3种SPC降解180 d的质量损失均在5%以内，60%-SPC的质量损失最大，各材料间质量损失比较差异均有统计学意义（P0.05）。随蚕丝含量增加，各材料静态水接触角逐渐减小，且均可促进MC3T3-E1细胞增殖。大鼠皮下降解实验示，20%-SPC植入后30 d开始降解，180 d材料降解和血管化显著，与PCL形成鲜明对比。结论 SPC具有与骨组织适配的力学特性和亲水特性，在体外模拟体液环境中长期保持力学强度，在体内通过机体免疫调控机制，实现材料降解和组织再生及血管化动态同步，有望为临床骨修复提供一种新型植入材料。