组织工程抗菌光交联水凝胶的制备及性能表征

作     者：何亚辉 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘海蓉

授予年度：2022年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：组织工程 抗菌 ε-聚赖氨酸 生物墨水 水凝胶 3D生物打印 明胶 

摘      要：人体组织器官的损伤修复在组织工程与3D打印技术的推动下进入了新阶段,现已在骨、软骨、皮肤等多个组织器官构建方面取得了进步,逐渐走向临床转化阶段。但是,工程化组织在移植及术后恢复过程中,往往会面临微生物感染风险,这可能导致患者进行二次手术,严重者会截肢甚至丧失生命。因此,本论文基于天然抗菌多肽ε-聚赖氨酸(EPL),制备了可光固化成型的EPL/改性明胶(GelMA)水凝胶(EPL/GelMA)和改性EPL(EPLGMA)生物墨水,并探究了其在组织工程抗菌领域的应用可能性。主要研究内容和结果如下:(1)将EPL与GelMA结合,制备了不同EPL含量的组织工程可注射光固化抗菌EPL/GelMA水凝胶。将含有EPL浓度为0、1、5、10、15和20 mg/m L的GelMA水凝胶命名为EPL0/GelMA、EPL1/GelMA、EPL5/GelMA、EPL10/GelMA、EPL15/GelMA和EPL20/GelMA水凝胶。对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌结果显示,EPL5/GelMA、EPL10/GelMA、EPL15/GelMA和EPL20/GelMA水凝胶具有抗菌作用,抑菌环大小与EPL浓度成正相关。其中,EPL5/GelMA水凝胶的细胞增殖和细胞粘附较好,具有良好的细胞相容性,可用于组织工程抗菌领域。(2)以EPL为材料基体,用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝改性EPL,随着改性程度的提高,依次获得了EPLGMA-1、EPLGMA-2和EPLGMA-3生物墨水,其碳碳双键接枝度分别为1.63、2.21和3.01 mmol/g,均可快速光固化成胶,依次获得水凝胶EPLGMA-1H、EPLGMA-2H和EPLGMA-3H。三种水凝胶的生物相容性良好,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有非常好的抗菌效果。EPLGMA-1H、EPLGMA-2H和EPLGMA-3H对大肠杆菌的抑菌率分别为97.12±0.32%、95.53±0.34%和95.51±0.35%,对金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为99.97±0.04%、95.66±0.36%和90.87±0.84%。从中优选软骨组织体外构建能力相对最优的EPLGMA-3生物墨水进行3D生物打印,打印结构保真度高,细胞分布均匀且存活率高,还具有优异的异位成软骨性能。综上,本论文制备的EPL/GelMA抗菌水凝胶和EPLGMA抗菌生物墨水具有良好的生物相容性和优异的抗菌性能,有望为组织工程技术的临床转化发挥重要作用。