仿生合成絲素蛋白-羥基磷灰石復(fù)合支架材料的骨組織工程研究.pdf

1、理想支架材料的研究和運用是關(guān)乎骨組織工程成功與否的重要因素。支架材料在骨組織工程中的作用，是為新生骨組織提供生長所需的三維空間和力學(xué)支持。蠶絲絲素蛋白屬于一種天然的纖維蛋白。絲素蛋白具有優(yōu)良的生物相容性和力學(xué)性能，可以緩慢降解，在醫(yī)藥和生物技術(shù)等方面已有廣泛應(yīng)用、并取得了一些可喜的進展。但是現(xiàn)階段將蠶絲蛋白應(yīng)用于骨組織工程的相關(guān)研究還比較單一，主要停留在合成復(fù)合材料的方法性研究。所合成材料的結(jié)構(gòu)特性還不能滿足骨組織工程支架材料或骨替代材

2、料的要求。 本論文旨在研究絲素蛋白的礦化行為，并通過仿生礦化來制備三維多孔非編織絲素蛋白／羥基磷灰石支架，用于骨組織工程。 首先，研究了絲素蛋白膜的礦化行為。將絲素膜浸泡在1.5×SBF、SCS和ASS三種礦化液中，比較不同的礦化處理過程對仿生礦化的影響。另外，SF膜經(jīng)飽和Ca(OH)<,2>預(yù)礦化處理后，再浸泡于3種礦化液中，觀察預(yù)礦化對整個仿生礦化的影響。樣本經(jīng)SEM、XRD、EDX、FTIR檢測證明：SF膜可以通過

3、1.5×SBF，SCS，ASS進行仿生礦化。仿生礦化的鈣磷沉積物為類骨磷灰石。飽和Ca(OH)<,2>溶液預(yù)礦化處理，有助于磷灰石的沉積，可以增加礦化沉積的速度和沉積的量。預(yù)礦化還對羥基磷灰石的結(jié)構(gòu)有顯著影響。磷灰石晶體沉積的量隨礦化時間的延長而增加。礦化方法不同，對磷灰石晶體形貌影響較大。三種礦化方法相比較，交替礦化方法能在絲素蛋白膜上快速沉積羥基磷灰石。交替礦化形成的羥基磷灰石微晶是納米尺度的針狀晶體，長約0.35μm，直徑約30n

4、m。隨著交替礦化周期的延長，磷灰石晶粒增加，晶胞內(nèi)應(yīng)力減小。 論文第二部分：構(gòu)建三維絲素蛋白和羥基磷灰石(NSFN／SF)的復(fù)合支架材料。聯(lián)合運用仿生礦化和非編織絲素纖維網(wǎng)這兩種方法，成功制備出三維多孔的NSFN／HA支架。這種支架結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要制成多種形態(tài)。如非編織的多孔絲素蛋白膜，或外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不規(guī)則三維立體結(jié)構(gòu)。成型方法簡便易行。NSFN具有良好的親水性，其泡脹比與攝水率分別為4.555和81.93％。支架孔隙完全通連

5、，孔隙度為77.88％，孔徑平均值約177.9±40.0μm。ASS方法能夠?qū)崿F(xiàn)NSFN的快速礦化，礦化第1個周期即可在NSFN的絲素蛋白纖維表面形成羥基磷灰石晶體，晶體為細小的棒狀，直徑約20～60nm，長約100～300nm，均勻而密集地覆蓋在絲素蛋白的表面，并貫穿于整個三維孔隙當(dāng)中。 論文的第三部分研究了絲素蛋白的體外降解，并通過細胞的體外培養(yǎng)，研究了NSFN／HA支架的生物學(xué)效應(yīng)。結(jié)果顯示：SF的降解與蛋白酶種類、濃度、

6、降解時間有關(guān)，降解速度與蛋白酶的濃度、酶水解的時間成正變關(guān)系。蛋白酶對SF降解的作用大小依次為，蛋白酶K>胰蛋白酶>a-糜蛋白酶>Ⅱ型膠原酶。當(dāng)?shù)鞍酌窴濃度為0.3mg/ml時，幾乎在20天內(nèi)，即可將實驗的絲素蛋白分解殆盡。 NSFN以及NSFN/HA支架在體外細胞培養(yǎng)時，能夠促進成骨細胞的生長和分化。NSFN支架能促進MG63的生長。 研究的創(chuàng)新點以及主要結(jié)論：1)本研究首次聯(lián)合應(yīng)用仿生礦化和非編織絲素蛋白纖維網(wǎng)的方法