仿贻贝明胶基双层水凝胶的性能及其用于骨软骨修复的研究pptx.pptx

仿贻贝明胶基双层水凝胶的性能及其用于骨/软骨修复的研究关节创伤引起的疾病非常常见,严重影响人们的生活。然而关节软骨特殊的结构导致其自修复能力极其有限,研究用于关节损伤的修复材料显得尤为重要。
但是传统的软骨缺损修复各有局限性,而且不能完全恢复软骨组织的功能性。水凝胶是一类由亲水性高分子形成的高含水网络状聚合物,因其与关节软骨的细胞外基质组成相似,被研究用于软骨再生与修复。
明胶基水凝胶因其良好的生物相容性、可生物降解性及固载生物活性因子的特点而广泛应用于软骨组织工程领域。然而,物理交联的明胶水凝胶热稳定性差、双键改性后的化学交联明胶水凝胶的力学性能不足。
本论文以生物相容性良好的明胶、聚多巴胺、羟基磷灰石为主体成分,通过对明胶接枝双键改性,在多巴胺与其他聚合物之间的相互作用及原位合成的钙磷的纳米增强作用下,经化学聚合,得到力学性能良好、可用于骨/软骨一体化修复的双层复合水凝胶。该双层水凝胶在上下两层采用同一主体——MAGel,在聚合过程中界面能够良好的融合,解决了传统双层水凝胶两层之间结合力差的问题。
主要内容分为以下两个部分:首先,以甲基丙烯酸酐改性的明胶(MAGel)为基底,引入聚多巴胺(PDA),并在水凝胶中原位形成纳米钙磷相(CaP),分别制备了聚多巴胺-明胶水凝胶(MAGel-PDA),钙磷-明胶水凝胶(MAGel-CaP),聚多巴胺/钙磷-明胶水凝胶(MAGel-PDA/CaP)三种水凝胶。通过调控多巴胺和钙磷的含量,优化水凝胶的物理化学性能。
压缩实验结果表明掺入3wt.%的钙磷和2wt.%的多巴胺可以提高水凝胶的力学性能(0.72土0.24MPa),使其具有相对于纯明胶水凝胶压缩强度的3.6倍左右。并研究了这几种水凝胶的形貌、溶胀、降解和释放性能,均表现出可以用于关节损伤修复的优良性能。
其次,通过研究骨髓间充质干细胞、软骨细胞在三种水凝胶表面的增殖和分化行为,结果表明含有多巴胺的样品组均表现出优良的细胞亲和性,在多巴胺的粘附性和钙磷的诱导作用下,聚多巴胺/钙磷-明胶水凝胶表现出干细胞分化的潜力,在生长因子BMP-2的作用下表现出良好的分化能力。最后,选择以MAGel-PDA水凝胶作为软骨修复层,以MAGel-PDA/CaP水凝胶作为软骨下骨修复层。
将MAGel-PDA与MAGel-PDA/CaP水凝胶预聚液分上、下层同时聚合得到双层复合水凝胶。另外,为了提高水凝胶的组织诱导性,在水凝胶上层中固载生长因子TGF-β2诱导软骨再生,在下层中固载BMP-2诱导骨再生。
通过植入兔膝关节骨/软骨缺损中,研究该双层水凝胶体内骨/软骨修复性能。组织学分析发现缺损部位新生的软骨与软骨下骨衔接紧密,且与周围宿主组织整合良好。
实验结果表明,固载生长因子的双层复合水凝胶能够促进软骨与软骨下骨组织的修复与再生。综上,该水凝胶有利于软骨和软骨下骨一体化修复,从而为解决关节软骨缺损修复的难题提供新方法。