聚醚酰亚胺表面生物矿化增强生物相容性及成骨性能的研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:randygu
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研究背景:人体对较小的骨缺损有良好的愈合能力,然而当缺损较大时,必须采取手术治疗。骨组织工程是针对骨缺损的治疗手段,旨在结合生物材料,成骨相关细胞以及生物活性因子进而达到促进骨修复,完成解剖学形态和功能修复的目的。为提高植入物的生物活性,加强促成骨能力,寻找新型基底材料和有效的改性方法是目前骨组织工程研究中的常用手段。聚醚酰亚胺(PEI)是一种热稳定性工程塑料,具有良好的机械性能和生物相容性,并且成本低廉,具有良好的应用前景。美中不足的是PEI作为一种生物惰性材料,无法促进骨再生,所以需要在植入前进行表面改性,提高其促成骨性能。羟基磷灰石(HA,Ca10(PO4)6(OH)2)),是人体骨骼和牙齿的主要无机成分,是常见的陶瓷材料,具有加速骨再生和促进骨整合的能力。生物矿化沉积是制备HA涂层最常见的方式之一,简单经济。然而沉淀涂层与材料结合并不牢固,而且沉积过程漫长,所以,提升生物矿化的效率非常重要。聚多巴胺(DOPA)是单体多巴胺(DA)的自氧化的产物,作为一种多功能粘合材料受到越来越多的关注。其通过儿茶酚胺和氨基可以牢固的粘附在各种材料表面。DOPA不仅是一种可靠的改性黏合剂,其自身还可以改善材料的亲水性和生物相容性。同时,研究表明DOPA还可以加速HA的生物矿化沉淀。尽管DOPA辅助生物矿化法是常见的改性手段,目前还没有其改性PEI后对生物活性影响的报道。本实验拟制备DOPA辅助沉积HA修饰PEI复合材料(PEIDH),并检测修饰后复合材料的表面形貌,表面元素构成,水接触角(WCA),生物相容性和成骨诱导能力。研究目的:研究DOPA辅助沉积HA修饰PEI复合材料的细胞毒性,细胞黏附形态和成骨分化能力。研究方法:以PEI作为基底,通过多巴胺自聚合作用、生物矿化或多巴胺自聚合作用加生物矿化的方法,获得PEI、PEI-DOPA(PEID)、PEI-HA(PEIH)以及PEI-DOPA-HA(PEIDH)共四组材料。随后通过扫描电子显微镜(SEM),X射线能谱分析(EDS)以及水接触角测量仪对材料的表面形貌、元素组成以及WCA进行检测。在体外实验中,以大鼠来源的骨髓间充质干细胞(BMSC)为实验细胞,采用LIVE/DEAD细胞染色检验细胞毒性。运用鬼笔环肽染色检测细胞粘附。采用碱性磷酸酶(ALP)活性检测和ALP定量分析来评估材料对成骨的影响。研究结果:SEM和EDS结果表明DOPA涂层和HA成功负载在材料表面,PEIDH表面HA多于PEIH。在WCA实验中,PEIDH具有最小的WCA。LIVE/DEAD细胞染色实验显示4组材料表面绝大部分是活细胞,死细胞极少。细胞黏附形态实验中,四组材料表面均有细胞粘附,且PEIDH表面的细胞伸展状态最好,微丝清晰。在ALP活性测试中,ALP染色面积PEIDH>PEID>PEIH>PEI,后续的ALP定量分析同样显示PEIDH>PEID>PEIH>PEI。研究结论:在本研究中,以PEI为基底材料,通过多巴胺表面自聚合及生物矿化作用成功制备了复合材料PEIDH。该复合材料无生物毒性,并且具有促进骨髓间充质干细胞黏附以及成骨分化的作用。综上,负载有聚多巴胺和羟基磷灰石的PEI复合材料有望为新一代骨科植入物的研发提供思路。
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