《含有碳納米管的三維多孔骨組織工程支架材料的研究》是依託北京航空航天大學，由李曉明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：含有碳納米管的三維多孔骨組織工程支架材料的研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：李曉明
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
組織工程能實現骨的再生。支架材料是組織工程中最基本的部分。已有研究表明碳納米管（CNTs）與骨關聯細胞相容性好且能通過吸附大量特定蛋白促使其向成骨質細胞分化、能促進骨組織生成；天然骨的主要無機成分，納米羥基磷灰石能在CNTs上自組裝形成。但至今尚未有在一個系統內同時研究CNTs成骨性和毒性的報導。在本項目中，申請人擬在現有工作的基礎上，基於組織工程支架材料性能和結構的要求，製備一類含有CNTs的三維多孔材料，研究存在於該材料結構中的CNTs是否對材料中其它組分的降解以及生物相容性產生影響；是否仍有助於骨關聯細胞向成骨質細胞分化；植入骨缺損後，是否有助於新骨生成和骨缺損的修復；是否對其植入部位的周圍組織以及通過擴散對植入體的主要器官產生不良影響和毒副作用，如有影響，能否通過調整和控制製備參數，使得存在於該材料結構中的CNTs只有助於骨組織生成而不具有明顯毒性，以使該支架材料適用於骨組織工程。
結題摘要
製備了一類新型的含碳納米管的三維多孔骨組織工程支架材料，碳納米管/聚乳酸/甲殼素纖維。為了進一步改善材料性能，採用了蛋白交聯試劑 N, N’- 二環己基碳醯亞胺交聯甲殼素纖維和聚乳酸。測定了材料的孔隙性和力學性能；通過接觸角和吸水率實驗，比較了含有不同量碳納米管的材料的親水性；測定了材料PBS浸泡液的pH值。對不同碳納米管含量的材料進行了動態流變特性的研究，進而從材料製備的角度確定了碳納米管的最大加入量。研究了存在於該三維多孔材料結構中的碳納米管對材料中其它組分降解的影響。研究了存在於該三維多孔材料結構中的碳納米管對材料的細胞相容性，尤其是骨關聯細胞向成骨質細胞分化的影響。研究了存在於該三維多孔材料結構中的碳納米管是否有助於新骨生成；是否對其植入部位的周圍組織，以及是否通過擴散對實驗動物的主要器官產生不良影響和毒副作用。 實驗結果分析表明，所製備的含有碳納米管的三維多孔支架材料具有較高的孔隙率，孔隙率能達到80%以上；既含有200μm以上的較大孔隙，以有助於細胞、血管和組織等的長入；又含有10μm以下的微孔，以有助於增大材料的表面積、增強蛋白吸附能力從而促進骨組織生成；通過化學交聯，提高了材料的結構均勻性以及力學性能；所製備材料的親水性良好。碳納米管的加入不會對材料其它組分的降解速率產生明顯影響；隨著該材料降解的進行，其表面和內部能夠出現大量可吸附活性蛋白的微孔；碳納米管的加入有助於整個材料在降解過程中保持其壓縮強度，從而使材料在體內更好地發揮結構支撐作用，以利於新骨組織長入。該含有碳納米管的三維多孔材料具有較好的細胞親和性；材料的三維多孔結構適合細胞生長；儘管碳納米管的加入降低了細胞在材料的粘附性，但是不會對其增值產生明顯影響。重要的是無論從基因表達水平還是從蛋白表達水平都說明了碳納米管的加入促進了與材料共培養的細胞向成骨質方向分化。碳納米管的加入能夠顯著促進體內新骨生成。隨著碳納米管含量的增高，材料所植入的骨缺損修復和骨癒合效果越好。該含有碳納米管的三維多孔支架材料不會對其植入部位的周圍組織和實驗動物的主要器官產生不良影響和毒副作用。 本課題所製備出的骨組織工程支架材料既成本低廉又性能優良，有望用於大眾患者，有很大的經濟效益並對社會穩定、健康發展具有重要意義。在本基金項目的資助下，發表了14篇SCI文章；申報了3項國家發明專利；培養了3名研究生。
