增材制造聚乳酸复合骨支架的抗肿瘤与成骨性能研究

作     者：陈璇 

作者单位：江西理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：帅词俊

授予年度：2023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：左旋聚乳酸 选择性激光烧结 抗肿瘤 磁纳米链 成骨能力 

摘      要：由骨肿瘤切除导致的骨缺损患者日益增多,为了避免肿瘤复发并加快骨缺损修复,迫切需要开发具备抗肿瘤和骨再生功能的人工骨支架。左旋聚乳酸(PLLA)由于良好的生物相容性、生物降解性和可加工性被广泛应用于人工骨支架的制备,但缺乏抗肿瘤功能且无法调控细胞行为限制了其在骨缺损修复中的进一步应用。在支架中构建负载抗肿瘤药物的纳米递送体系有望高效杀灭肿瘤细胞,赋予支架长期的抗肿瘤功能;此外,构建内源性的磁性微环境有利于介导细胞行为,增强支架的成骨能力。为此,本文在铁掺杂的介孔二氧化硅中负载抗坏血酸作为药物递送体系,利用其在肿瘤酸性环境中触发芬顿反应赋予骨支架抗肿瘤功能;并通过施加外磁场诱导四氧化三铁(FeO)纳米颗粒定向组装形成磁纳米链,利用磁刺激调控细胞行为,增强支架的成骨分化能力。本文的主要工作与结论如下:1.针对骨支架个性化外形与多孔结构制备难的问题,提出利用选择性激光烧结技术(SLS)制备具有三维多孔结构的PLLA骨支架;探讨激光功率、扫描速度、填充间距等多参数耦合对于PLLA骨支架成型性能的影响规律,通过分析激光能量密度与支架力学性能间的关联机制,获取最优工艺参数组合为激光功率7 W,扫描速度100 mm/s,填充间距0.24 mm。2.针对PLLA支架缺乏抗肿瘤功能,构建铁掺杂的介孔二氧化硅负载抗坏血酸纳米药物递送体系(AA@Fe-SiO),将其引入PLLA并利用SLS技术制备成骨支架。发现该支架具有良好的酸触发降解性和AA释放能力,释放的Fe显著促进了AA的氧化进程,生成的过氧化氢浓度提升了120.2%;通过荧光探针染色和流式细胞术实验证实支架能够在肿瘤环境中产生大量羟基自由基,诱导肿瘤细胞晚期凋亡。3.针对骨支架因无法调制细胞行为导致骨缺损修复缓慢的问题,提出利用外磁场诱导FeO纳米颗粒定向组装为链状结构,通过二氧化硅沉积将其定形得到FeO@SiO磁纳米链。发现FeO@SiO磁纳米链的引入赋予骨支架良好的磁性能,通过磁刺激显著增强了细胞活性,并诱导细胞矿化,同时促进了成骨相关基因(Runt相关转录因子-2、骨桥蛋白、骨钙素和成骨细胞特异性转录因子)的表达。