nCDHA/OCMC载药微球的制备及其生物学性能的研究

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随着骨缺损病患的逐年增加,寻求一种理想的骨修复材料成为了当今的研究热点。磷酸钙/高分子聚合物复合材料具备良好的生物相容性、生物降解性、骨传导性、骨诱导性等特点,成为了较为理想的骨修复材料之一。本课题从仿生学角度出发,将纳米缺钙羟基磷灰石(Calcium Deficient Hydroxyapatite Nanoparticles,nCDHA)和氧羧甲基壳聚糖(O-carboxymethyl Chitosan,OCMC)作为原料,以CaCl2为交联剂,在油包水(Water-in-Oil,W/O)环境下,通过Ca2+与OCMC中的-COO-发生静电作用,制备了nCDHA/OCMC-CaCl2微球,优化制备工艺为:OCMC:nCDHA:CaCl2(m/m/m)=1:0.9:1,油水比(m/m)=40:4。通过X射线衍射光谱(X-ray Diffractometer Patterns,XRD)、傅里叶红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectra,FT-IR)、热重分析(Thermogravimetric Analysis,TG)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)等表征和分析,对该微球进行了理化性质研究和对大黄酸(Rhein,RH)的负载与体外释药行为,并和传统以戊二醛(Glutaral,GA)交联剂制备的nCDHA/OCMC-GA微球进行了比较。结果显示:(1)在OCMC与nCDHA投料比相同的情况下,nCDHA/OCMC-CaCl2微球中nCDHA所占的比例较nCDHA/OCMC-GA微球高,其OCMC:nCDHA(m/m)≈3:7,与人体骨骼中的有机相及无机相的组成比例相似;(2)SEM图显示,nCDHA/OCMC-CaCl2微球的球形度、均匀性和分散性均优于nCDHA/OCMC-GA微球;(3)nCDHA/OCMC-CaCl2微球表面包裹nCDHA,粗糙,对RH的包封率和载药量分别为(90.20±0.60)%和(11.03±0.30)%,远远高于nCDHA/OCMC-GA微球,相应为(2.08±0.97)%和(0.26±0.12)%;(4)体外释药实验发现,负载RH的CaCl2交联的微球(RH-nCDHA/OCMC-CaCl2微球),在释放336 h(14 d)后,约有70%的RH释放出来,远远优于载RH的GA交联的微球(RH-nCDHA/OCMC-GA微球),24 h后的累积释放量高达93%。本文进一步研究了RH-nCDHA/OCMC-CaCl2微球的体外成骨性能、与骨髓间充质干细胞(Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells,BMSCs)的相容性及对斯普拉-道来氏(Sprague Dawley,SD)大鼠颅骨缺损修复情况,并与nCDHA/OCMC-CaCl2微球和nCDHA/OCMC-GA进行了比较。结果如下:(1)在模拟体液(Simulated Body Fluid,SBF)中矿化行为显示,nCDHA/OCMC-GA微球表面形态未发生明显变化,nCDHA/OCMC-CaCl2微球表面局部形成类骨磷灰石层,但RH-nCDHA/OCMC-GA微球表面形成大片致密的类骨磷灰石层,体外成骨性能表现最好;(2)对比各微球组与空白组的BMSCs增殖率,nCDHA/OCMC-CaCl2微球组在各个时间点均无显著性差异,相较于nCDHA/OCMC-GA微球组(各时间点都有显著性差异),对BMSCs有更好的黏附性和增殖能力,RH-nCDHA/OCMC-CaCl2微球组在1、4、7 d时有显著性差异,到14 d时基本无差异,前期释放较高浓度的RH可能对BMSCs的增殖有一定影响;(3)对比不同微球对直径3.6 mm的全层颅骨顶骨缺损部位的修复情况,可以得到,用CaCl2为交联剂制备的微球的骨修复能力优于GA为交联剂制备的微球。RH-nCDHA/OCMC-CaCl2微球组和nCDHA/OCMC-CaCl2微球组相比,在各个时间节点,RH-nCDHA/OCMC-CaCl2微球组的新骨形成量均高于单纯的nCDHA/OCMC-CaCl2微球组。综上所述,RH-nCDHA/OCMC-CaCl2微球对RH有较好的缓释效果,而且在促进新骨形成方面有较好的性能,有望成为同时具有抗炎效果和促进骨修复双重功能的骨修复材料。
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