有機無機仿生人工骨支架微結構構建過程的工程學

《有機無機仿生人工骨支架微結構構建過程的工程學》是依託西北大學，由范代娣擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：有機無機仿生人工骨支架微結構構建過程的工程學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：范代娣
• 依託單位：西北大學

項目摘要

1.骨支架是目前國際無源醫療器械產品的研究熱點之一，無源醫療器械產品的生物學功效取決於支架材料加工過程和支架材料本身。不同的加工過程導致材料的微結構差異很大，從而引起生物學功效的變化。支架的微結構，如孔隙率、平均孔徑、孔徑分布、彎曲度及其連通性等對細胞的遷移、生長和增殖非常重要。本研究旨在闡釋多孔支架構建過程中工程及工藝參數即過程中的熱力學和動力學變化引起的支架的微結構、表面化學特性、表面形貌與細胞粘附、遷移、生長和增殖的關係，解釋工程控制策略與支架微結構形成的相關性，闡釋支架內多尺度孔對骨修復過程的貢獻；孔的有序分布與無序分布與軟骨、成骨細胞等粘附作用的關係；充分表征其構建過程中工程參數與支架材料的生物學功效、力學強度、降解行為之間的關係。研究不同尺度孔徑和孔徑分布、比例及孔隙率在組織工程修復中的作用。為工業化生產過程中創製利於組織修復的可行的操作手段和策略的選擇提供理論依據。

結題摘要

基於目前臨床上存在的骨移植支架材料或是生物相容性不高，或是機械強度不夠，或是降解性能不佳，或是孔徑及孔隙率不適於成骨細胞的粘附與攀爬，或是製作工藝繁瑣不利用放大化生產等缺點，本課題首先嘗試以類人膠原蛋白（HLC）和納米羥基磷灰石（nHA）為原料，通過冷凍乾燥法和交聯法相結合的技術構建組織工程軟骨支架，並進行了理化性能、體外細胞相容性、生物學評價的研究。經實驗測定： 1. 京尼平交聯HLC/nHA人工骨修復支架材料和EDC交聯HLC/nHA人工骨修復支架材料均呈三維的多孔狀結構，孔隙在100-300μm之間，理化性質良好，均表現出很好的細胞相容性，不僅能促進細胞很好的粘附、生長和增殖，引導細胞向孔隙內生長，並能維持細胞天然的圓形或多角形軟骨形態，促進細胞外基質分泌，形成緻密的細胞層。兩種HLC/nHA支架材料的全身急性毒性、血液相容性和熱原檢測結果均符合國家標準對植入性器械的要求。京尼平交聯的HLC/nHA支架材料植入小鼠皮下周圍組織正常，無紅腫，無炎症反應，組織相容性良好，其結果優於EDC交聯HLC/nHA支架材料，可套用於骨組織工程領域。 2. BDDE交聯HLC/nHA人工骨修復支架材料Sca2、Sca5和Sca8孔隙率差別不大，分別為77.27 ± 2.3%、77.86 ± 2.6%和77.90 ± 2.3%，抗壓強度分別為1.52 ± 0.08 Mpa，2.22 ± 0.09 Mpa和2.24 ± 0.07 Mpa，具有較高的力學性能，內毒素及外源DNA的檢測與分析已達到相關標準，細胞毒性等級均為1級，可支持成骨細胞MC3T3-E1的粘附、增殖與攀爬。兔皮下植入及H&E染色顯示，BDDE交聯HLC/nHA人工骨修復支架材料具有良好的生物學相容性，具有潛能作為人工骨替代物進行骨修復移植而套用於骨組織工程領域。