骨软骨修复用静电纺丝纤维膜/细胞层的构建及性能研究

作     者：赵文文 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡晴;常德友

授予年度：2020年

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] 

主      题：静电纺丝 细胞层 聚乳酸 明胶 糖胺聚糖 骨软骨修复 

摘      要：软骨组织内无血管,且软骨细胞是已经分化成熟的细胞,这些导致软骨损伤难以进行自我修复。同时,大面积软骨缺损往往同时伴随着软骨下骨的损伤,骨软骨缺损的临床治疗仍然面临重大挑战。组织工程技术是骨软骨再生修复的可行策略,但骨软骨的异质结构对构建具有仿生梯度的骨软骨支架提出了要求。不同细胞层堆叠制备三维修复体是已经被大家熟知的技术,是一种可用于构建梯度结构的简便方法,而静电纺丝纤维膜被证实是孵育细胞层优异的支撑材料。因此,本论文仿生骨软骨梯度组成采用静电纺丝技术制备了不同组成的复合纤维膜,在其上孵育具有多分化潜能的骨髓间充质干细胞（BMSCs）层,并诱导BMSCs层向成软骨、成钙化软骨和成骨分化,最后通过梯度叠加得到的三维修复体,可用于骨软骨再生修复。本研究采用共混溶液静电纺丝技术分别制备了聚乳酸/糖胺聚糖、聚乳酸/明胶、聚乳酸/明胶/糖胺聚糖、聚乳酸/明胶/羟基磷灰石几类复合纤维膜,糖胺聚糖选择了具有促软骨分化能力的透明质酸和硫酸软骨素,并改变纤维中透明质酸、硫酸软骨素、羟基磷灰石的添加量,开展了细胞层孵育和诱导分化研究。其中,重点开展了共混有糖胺聚糖复合纤维的纺丝工艺优化和表征,以及对比研究了纤维的组成诱导BMSCs和软骨细胞的分化能力。结果显示,所有组成的复合纤维膜都无细胞毒性、亲水性高和细胞亲和性优异,支持细胞的粘附、增殖和分化,其中:1)聚乳酸/明胶/透明质酸/硫酸软骨素复合纤维膜具有最强的促软骨分化能力,在其上孵育BMSCs层,并在体外通过成软骨分化诱导基培养后,作为构建梯度骨软骨修复体的软骨区;2)在聚乳酸/明胶复合纤维膜上孵育BMSCs层,在体外用1:1混合的成软骨分化和成骨分化诱导培养基培养后,作为构建梯度骨软骨修复体的钙化软骨区;3)含有类似天然骨矿成分的聚乳酸/明胶/羟基磷灰石复合纤维膜,负载BMSCs层并在体外用成骨诱导培养基培养后,作为构建梯度骨软骨修复的骨区。为探究钙化中间层以及体外预分化培养对于骨软骨再生修复的影响机制,仿生天然骨软骨的异质梯度结构,将上述几类不同预分化诱导的纤维膜/BMSCs层复合物,以及未经预分化培养的聚乳酸/明胶/BMSCs层复合物,通过堆叠成不同的梯度组合,采用新西兰大白兔的皮下植入模型和膝关节骨软骨缺损模型,开展生物相容性和再生修复能力评价研究。综上所述,本论文通过控制纤维膜的组成,并结合体外预分化培养的手段,构建的具有材料和细胞双梯度的骨软骨修复体,有望取得良好的骨软骨缺损修复效果,有助于骨软骨再生机制的研究。