仿生型壳聚糖-明胶/溶胶凝胶生物玻璃复合支架的制备及其矿化性能研究

利用冷冻干燥法制备出用于骨和软骨组织工程的壳聚糖-明胶/溶胶凝胶生物玻璃(CS-Gel/SGBG)仿生型复合多孔支架,并进行了孔隙率的测定和显微形貌的观察;探讨了各组分不同用量对CS-Gel/SGBG复合支架显微结构的影响以及复合支架在模拟生理体液中的仿生矿化性能。研究表明,通过调节各组分的不同用量,可以制备出三维连通的复合多孔支架,且孔隙率达到90%以上;在模拟生理体液中浸泡后发现CS-Gel/SGBG支架表面有大量结晶态类骨碳酸羟基磷灰石生成,表明复合支架有良好的生物矿化性能。     

体外构建壳聚糖/β-甘油磷酸钠/明胶仿生梯度支架

针对软骨特定结构缺损后不能自我修复的特点,通过调控单层原料质量比,构建具有复杂分层结构的壳聚糖/β-甘油磷酸钠/明胶(chitosan/β-sodium glycerophosphates/gelatin,Cs/GP/Gel)仿生复合梯度支架。通过对比物理性能优选适宜比例的支架材料,并将骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)接种到梯度支架上考察其生物相容性。结果表明,Cs/GP/Gel复合梯度支架具有良好的吸水性能[(584.24±3.79)%～(677.47±1.70)%]、孔隙率[(86.34±5.10)%～(95.20±2.86)%]和降解性能[(86.09±2.46)%～(92.48±3.86)%]。扫描电镜(SEM)结果表明,支架材料在纵向维度呈现出明显的生理分层结构和孔径梯度渐进性,可有效模拟真实软骨的天然生理分层结构。比例为9:1:5的Cs/GP/Gel复合梯度支架适于作为骨软骨的支撑材料。对BMSCs-支架复合物Live/Dead染色后发现,细胞在梯度支架材料上存活、分布及伸展良好。该仿生梯度支架为开发新型生物医用材料提供了重要依据。     

用硅烷偶联剂处理生物玻璃表面及其复合支架的制备

为了改善溶胶-凝胶生物活性玻璃与高分子材料的相容性,用硅烷偶联剂氨丙基三乙氧基硅烷对生物活性玻璃进行表面处理,并用X射线光电子能谱对处理后的生物活性玻璃的表面进行元素分析.结果表明:偶联剂通过Si-O-Si键被引入到生物活性玻璃表面.用处理后的生物活性玻璃与壳聚糖-明胶复合制备了多孔支架.扫描电子显微镜观察发现:复合多孔支架的两相相容性好,界面结合紧密;支架的孔隙连通、排列规则.力学测试表明:改性后的溶胶-凝胶生物活性玻璃与壳聚糖-明胶制备的复合支架力学性能得到明显改善.     

壳聚糖-明胶-透明质酸-硫酸肝素复合支架的制备及性能评价

采用冷冻干燥法制备一种新型三维壳聚糖-明胶-透明质酸-硫酸肝素(chitosan-gelatin-hyaluronate-heparansulfate,C-G-Ha-HS)复合支架,分别测定支架的孔径、孔隙率、吸水率和降解率等物理性质,同时以壳聚糖-明胶(chitosan-gelatin,C-G)支架作为对照组,考察了神经干/祖细胞(neural stem/progenitor cells,NS/PCs)在该支架上的粘附率、生长状态以及细胞生存力等生物相容性指标。扫描电镜观察及CCK-8分析表明,C-G-Ha-HS支架孔径主要分布于90~130μm,孔隙率明显增大,吸水率大于95%且能够体外降解;C-G-Ha-HS支架明显改善了NS/PCs的粘附性及生存力,细胞在支架内相互交织成网状,C-G-Ha-HS支架(5:5)上的细胞粘附率提高至对照的(200.8±8.0)%,培养6天以后,细胞的存活率增加至对照的(357.7±8.9)%。这些结果初步显示,C-G-Ha-HS支架可以用于构建体外NS/PCs的三维培养,为进一步应用于神经组织工程和药物筛选提供了实验依据。     

C-G-Ha-HS支架改性协同原儿茶酸对NS/PCs粘附及定向分化的影响

通过层粘连蛋白(LN)对壳聚糖-明胶-透明质酸-硫酸肝素(C-G-Ha-HS)复合支架进行修饰,提高支架粘附率,优化神经干/祖细胞(NS/PCs)三维培养体系,同时考察了原儿茶酸(PCA)对三维条件下NS/PCs分化为多巴胺(DA)能神经元的影响。扫描电镜观察及CCK-8分析表明,C-G-Ha-HS复合支架孔径为90~130μm,孔隙内的NS/PCs伸出类似神经样的突触使支架与细胞相互连接形成网状结构;培养4 h后,LN修饰的C-G-Ha-HS(5:5)支架细胞粘附率增加至未修饰组的(113.53±4.32)%;培养96 h后,细胞活率增加至未修饰组的(120.30±6.65)%;免疫细胞化学鉴定表明,1%胎牛血清(FBS)和0.06 mmol·L-1 PCA协同作用,明显提高了NS/PCs向DA能神经元分化率,TH阳性细胞分化率达到(16.53±0.65)%,增加至空支架组的(172.72±6.79)%;Nurr1阳性细胞分化率达到(15.93±0.91)%,增加至空支架组的(181.23±1.04)%;研究结果为PCA应用于NS/PCs移植治疗PD提供了实验依据。     

同时扩增与收获脐带血来源造血干细胞及间充质干细胞的研究

目的为利用生物反应器,实现脐带血(Umbilical cord blood,UCB)来源的造血干细胞(Hematopoietic stem cells,HSCs)与间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)的同时扩增与收获。方法为在不添加血清、只添加细胞因子组合(SCF15ng·mL-1,FL5ng·mL-1,TPO6ng·mL-1,IL-315ng·mL-1,G-CSF1ng·mL-1,GM-CSF5ng·mL-1)及海藻酸钙壳聚糖胶珠包被基质细胞支持的条件下,采用玻璃包被的聚苯乙烯(Glass coated styrene copolymer,GCSC)微载体与生物反应器相结合的策略,考察了UCB-HSCs与UCB-MSCs在转瓶及旋转壁式生物反应器(Rotating wall vessel bioreactor,RWVB)内的共培养。结果RWVB中的扩增效果最佳,12天内有核细胞(Nuclear cells,NCs)扩增了3.7±0.3倍;集落形成细胞(Colony-forming units in culture,CFU-Cs)扩增了5.1±1.2倍;CD34+CD45+CD105-(HSCs)细胞扩增了5.2±0.4倍;CD34-CD45-CD105+(MSCs)细胞扩增了13.9±1.2倍。培养结束后,通过自由沉降的方法分离UCB-HSCs和粘附在GCSC微载体表面的UCB-MSCs。同时,细胞多向诱导分化及免疫表型分析结果显示,粘附在GCSC微载体表面上的细胞能够向骨、软骨及脂肪细胞分化;并能够表达间质细胞相关表面标志CD13,CD44,CD73和CD105,而不表达造血细胞的相关表面标志CD34,CD45及HLA-DR,与骨髓MSCs相一致。结论为添加细胞因子、基质细胞及微载体支持的条件下,在生物反应器内能够实现UCB-HSCs和UCB-MSCs的同时扩增与收获。     

羟基磷灰石/羧甲基壳聚糖/明胶复合支架的制备及表征

采用原位共沉淀结合冷冻干燥工艺制备羟基磷灰石/羧甲基壳聚糖-明胶复合支架材料,然后利用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)检测其组成,扫描电子显微镜(SEM)观察微观结构,模拟体液浸泡法测试其降解性能,直接接触法观察其细胞毒性。结果表明:羟基磷灰石通过化学键与羧甲基壳聚糖和明胶结合;支架为相互连通的多孔结构,孔径尺寸介于100μm到300μm之间;纳米羟基磷灰石呈针状,均匀分布在支架中。与纯羟基磷灰石相比,复合支架降解性更好,更利于细胞黏附和增殖。实验结果同时表明支架材料的微观结构、降解性和细胞毒性可以通过改变明胶的含量进行调节,以满足不同修复部位的需求,是一种理想的骨组织工程用支架材料。     

热致相分离法制备明胶多孔支架及其性能研究

本文对热致相分离法制备明胶多孔支架及其性能进行了系统的研究。采用冷冻致孔真空干燥法制备了明胶基组织工程多孔支架,并对影响其结构与性能的因素(如明胶溶液浓度、交联剂用量、体系pH值等)进行了考察。实验结果表明:真空冷冻干燥法制备的明胶基多孔组织工程支架都具有三维孔洞结构;所制备的支架平均孔径可达100μm。     

Cs/Gel/HA/MWCNTs支架的制备及其生物相容性评价

引入多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)对壳聚糖/明胶/透明质酸(chitosan/gelatin/hyaluronic acid,Cs/Gel/HA)复合支架性能进行优化。采用冷冻干燥法制备出MWCNTs含量为2%、6%以及10%的Cs/Gel/HA/MWCNTs导电支架,对支架的理化性能及生物相容性进行评价。导电支架孔径为90~130μm,孔隙率为83%~96%;扫描电镜(SEM)及接触角测量结果显示,MWCNTs增加了孔壁粗糙度,提高了支架疏水性;支架电导率随MWCNTs含量的增加而增大,最大可增加至对照组的133.82%;MWCNTs含量为6%的支架细胞活力可增加至对照组的111.07%,且具有更高的细胞粘附率。研究初步表明,制备的Cs/Gel/HA/MWCNTs导电支架具有更好的生物相容性,可进一步应用于神经组织工程研究。     

碳纤维增强聚合物组织工程支架的制备及表征

以碳纤维（CF）作为增强材料,将CF有序排列于聚乳酸羟基乙酸（PLGA）多孔结构中,制备性能优良的CF/PLGA复合支架,并对其力学性能及细胞生物学性能进行表征.对增强体CF进行有序排列以提高支架的力学性能,扫描电子显微镜（SEM）观察CF/PLGA复合支架的微观形貌,可以看出CF在聚合物基体内部是呈有序结构并且二者结合情况良好.为了提高CF的生物相容性,利用对氨基苯甲酸对CF进行表面修饰,细胞生长在支架上的SEM照片反映了成纤维细胞对PLGA及CF/PLGA复合支架的黏附性能良好;通过细胞毒性测试,发现表面修饰的CF对细胞的生长没有负面作用,且在一定程度上促进了细胞的生长.研究结果表明,制备的CF/PLGA支架具有良好的力学性能和生物相容性,在骨组织工程支架的应用中具有一定的潜力.