聚多巴胺辅助聚丙烯酸共沉积诱导脱矿牙本质仿生矿化的体外研究

作     者：李玉珠 

作者单位：安徽医科大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李全利

授予年度：2022年

学科分类：1003[医学-口腔医学] 100301[医学-口腔基础医学] 10[医学] 

主      题：聚多巴胺 聚丙烯酸 共沉积 牙本质 再矿化 仿生矿化 牙体缺损 

摘      要：目的本研究的目是通过简单的聚多巴胺(PDA)辅助PAA共沉积的方法将NCPs类似物PAA结合到脱矿的牙本质胶原纤维表面,形成PDA和PAA的共沉积物,从而构建一种新的牙本质仿生再矿化体系,并探究PDA与PAA共沉积物之间的相互作用以及这种新方法构建的仿生矿化体系诱导脱矿牙本质再矿化的效果。方法第一部分主要探究PDA与PAA的共沉积及两者之间的相互作用。本实验分为四组:PDA@PAA组(DA与PAA混合溶液),PDA组(DA溶液),PAA组(PAA溶液),对照组(蒸馏水)。采用X射线能谱(XPS)对四组溶液行预处理后的硅片进行表征,探究PDA与PAA是否发生了共沉积。利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)技术检测四组溶液反应24h后的冻干样品在4000-500cm波长范围内的红外光谱,分析PDA与PAA之间的相互作用。将反应24h后的四组溶液混匀后滴到镍网上,自然干燥后进行透射电子显微镜(TEM)表征,探究PAA的加入对PDA聚合反应的影响。用紫外-可见光分光光度计测200-700nm范围内四组溶液反应前和反应24h后的紫外-可见光光谱,探究PAA的加入对DA氧化聚合反应的影响。第二部分主要以重组的I型胶原膜为模型,探究PDA@PAA与重组Ⅰ型胶原之间的相互作用,以及PDA@PAA改性后的胶原的物理化学性能变化。将胶原膜经上述四种溶液处理24h后进行一系列表征。采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)技术测4000-500cm波长范围内四组胶原的红外光谱,分析PDA@PAA与胶原分子的相互作用。将胶原膜放在水接触角检测平台上进行静态接触角的测量,以蒸馏水为试液,每组5个样品(n=5),评价四组胶原膜的亲疏水性能差异。测量四组胶原膜表面的Zeta电位,评价胶原表面电势的变化。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对改性后的胶原膜的表面形貌进行表征,评价改性后表面形貌的变化。第三部分探究PDA@PAA共沉积物的细胞毒性以及其诱导脱矿牙本质再矿化的能力。用37%磷酸处理牙本质片60s后用足量的蒸馏水冲洗以建立脱矿牙本质模型。将牙本质样本随机分为四组分别记作:PDA@PAA组,PDA组,PAA组和对照组。首先将上述四组不同溶液处理后的牙本质片分别与大鼠骨髓间充质干细胞(SD-BMSCs)共同培养1天,4天和7天,通过CCK-8检测共培养之后细胞的细胞活力以及荧光染色观察共培养后的细胞形态变化来检测PDA@PAA的体外细胞毒性。然后是探究PDA@PAA共沉积物诱导脱矿牙本质再矿化的能力。本研究使用不含NCPs的超饱和钙磷溶液作为矿化介质,四组牙本质样品分别在在矿化液中浸泡8h、12h和24h。对矿化后的牙本质进行一系列表征。通过SEM,EDS和TEM表征牙本质小管和牙本质胶原基质的再矿化,通过SAED和XRD表征再矿化物的晶体取向和组成成分;以天然牙釉质,牙本质和脱矿的牙本质作为对照,通过摩擦磨损实验和纳米压痕实验分析再矿化牙本质的机械性能;采用6 wt%柠檬酸处理各组样品1min,通过表征处理前后的样品表面形貌变化以及电感耦合等离子光谱定量检测处理后溶液中残留的钙磷元素的含量来分析再矿化牙本质的抗酸性能。结果DA与PAA混合后,在多巴胺氧化聚合形成PDA的过程中,PDA辅助PAA共沉积,并通过两者之间的氢键在脱矿牙本质表面形成复合涂层PDA@PAA。同时,PAA的加入显著抑制了PDA的聚集过程,抑制了PDA的聚集,形成了纳米级PDA颗粒。PDA@PAA通过简单的一步共沉积策略成功固定在胶原纤维表面,将纳米PDA颗粒可以进入胶原网络。结果表明PDA@PAA通过分子间氢键作用与胶原膜结合,而且PDA@PAA共沉积改性后,胶原膜表面负电位和亲水性均有所提高。而且PDA@PAA改性后的胶原膜亲水性和电负性增加。体外细胞毒性实验结果表面PDA@PAA共沉积物具有良好的细胞相容性。再矿化实验结果表明PDA@PAA处理后的脱矿牙本质再矿化12h后,牙本质胶原纤维发生完全矿化,牙本质小管完全封闭。再矿化24h后可以在牙本质表面观察到一层与牙本质紧密结合的类似釉质样的结构。纳米压痕实验、摩擦磨损实验和抗酸实验结果表明再矿化牙本质表面的机械性能高于正常牙本质,接近牙釉质釉质;而且其抗酸性能优于正常牙本质和牙釉质。结论通过PDA辅助PAA共沉积的方法,我们开发了一种新的简单且高效的仿生再矿化策略来促进牙本质的仿生再矿化。PDA通过与PAA之间的氢键相互作用协助PAA结合到脱矿牙本质胶原表面。这种方法形成的PDA@PAA可以诱导羟基磷灰石的生长,封闭牙本质小管,促进脱矿牙本质胶原基质的再矿化,而且可以在牙本质表面生成与牙本质紧密结合的类釉质样结构。这层类釉质结构的机械性能高于脱矿牙本质,但是仍稍弱于牙釉质;其抗酸性能优于牙釉质。总而言之,这种PDA辅助PAA共沉积的方法可以为牙体缺损的自愈合修复提供了一种可能。