胸壁缺损生物修复材料的制备与实验研究

论文摘要

研究背景胸壁肿瘤、胸部感染、放射性骨坏死的广泛切除及胸部外伤均可造成胸壁缺损。在胸壁切除与胸壁重建的处理中,最重要的是闭合大块胸壁缺损。重建胸壁缺损的材料分为自体组织、同种异体组织和人工材料。人工材料对胸壁的骨性支持较好,而且简化手术操作过程,缩短手术时间,减少手术创伤。因此临床上对于大块胸壁缺损的骨性重建倾向于使用人工材料修补。许多人工材料曾被尝试应用于胸壁重建,但到目前为止尚无完全理想的胸壁重建材料。目前临床上使用的材料仍然存在各种问题。近年来随着组织工程的发展,可降解高分子材料在修复重建外科中的应用成为研究的热点。大量实验和临床研究表明生物可降解材料与传统材料相比具有更好的生物相容性、更合适的降解速度,更利于细胞贴附生长等优点。我们与上海交通大学材料科学与工程学院合作,研究设计了可降解蚕丝纤维增强聚己内酯多孔复合材料,对该材料作为胸壁缺损修复材料的可行性进行了一系列的研究。研究目的（1）研究胸壁修复材料的结构特性和理化性能,通过材料的复合成型技术制备合适的胸壁缺损修复支架;（2）按照医疗器械生物学评价标准,研究胸壁修复材料的生物相容性,并对其生物安全性进行综合评价;（3）通过体内外降解试验,综合评价可降解胸壁修复材料在降解吸收过程中,其物理化学性能变化以及机体对材料的组织反应情况;（4）运用组织工程学原理培养诱导骨髓间充质干细胞,以胸壁修复材料作为支架载体,观察BMSCs细胞在支架载体上的粘附、增殖和分化情况,研究材料与细胞之间的相互作用与适应性。研究内容与方法第一部分:胸壁修复材料的选材与设计制备筛选出具有良好生物相容性、可降解性和良好韧性的聚己内酯（PCL）作为胸壁修复材料的基体材料,用蚕丝纤维作增强剂,采用熔融共混法制备蚕丝纤维增强聚己内酯多孔复合材料,并对其力学性能、微观结构进行了研究,选出最佳纤维含量和孔径大小,制备成样。第二部分:胸壁修复材料的生物学评价按照医疗器械生物学评价标准ISO10993-1992和GB/T16886-1997标准和要求对胸壁修复材料进行了体内外生物安全性试验研究,包括细胞毒性试验、急性全身毒性试验、溶血试验、热源试验、皮肤致敏试验,旨在对该材料进行有效的细胞毒理学分析和生物相容性评价。第三部分:胸壁修复材料的体内外降解试验通过体外降解试验,动态观察可降解胸壁修复材料在降解过程中,其降解液PH值、吸水率、重量损失率等变化;通过体内降解试验,观察材料在机体内吸收过程中,表观和微观结构的变化、生物吸收率以及机体对材料的组织反应情况。第四部分:BMSCs细胞培养分化以及结合胸壁修复材料支架的实验研究将犬BMSCs细胞接种于完全培养基,置于细胞培养箱中培养,传代后改用含地塞米松、β-甘油磷酸钠和维生素C的条件培养基培养,观察细胞的生长、增殖情况,行细胞计数,绘制生长曲线,并行细胞碱性磷酸酶（ALP）染色,矿化结节Von-kossa染色及茜素红染色。然后将BMSCs细胞高密度接种于胸壁修复支架上,体外培养,行MTT细胞增殖测定和碱性磷酸酶测定,并用扫描电镜观察细胞在支架上的生长、增殖情况。研究结果第一部分:蚕丝纤维增强PCL多孔复合材料保持了纯PCL的自身优点,通过200-300μm直径的多孔结构提高了材料的降解速率,通过纤维增强来提高材料的力学性能。制备出的材料既有合适的降解速率,又不易发生形变断裂,较以往传统胸壁修复材料有很大的优越性,第二部分:纯PCL及蚕丝纤维增强PCL多孔复合材料无明显细胞毒性,对细胞形态和增殖不构成损害,材料不产生全身毒性反应和溶血反应,热原含量符合生物体的要求,不存在潜在致敏性物质,具有良好的细胞相容性、血液相容性、组织相容性和使用安全性。第三部分:体内外降解试验表明蚕丝纤维增强PCL多孔复合材料降解速度快于纯PCL,体内降解速度快于体外降解,植入体内未见组织变性、坏死或异常增生现象。蚕丝纤维增强PCL多孔复合材料在保持组织相容性好,可塑性强等优点的基础上,加快了降解速度,改善材料局部PH值和周围微环境,有利于组织细胞的生长和修复。第四部分:BMSCs细胞生长旺盛,传代顺利,经条件培养液诱导后碱性磷酸酶（ALP）染色,Von-kossa染色及茜素红染色均呈阳性,成功分化为成骨细胞。细胞和支架复合培养过程中,细胞顺利贴附于支架,表现出良好的相容性、黏附性,增殖活跃,表明蚕丝纤维增强PCL多孔复合材料与细胞具有良好的协同性,利于细胞贴附增生。实验结论蚕丝纤维增强聚己内酯多孔复合材料具有适宜的力学强度,易塑形,能够对胸壁提供有效的支撑作用,并有良好的生物相容性和可降解性,能引导细胞贴附增生,利于骨组织再生,是一种很有前景的胸壁缺损修复材料。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 缩略词表
• 前言
• 第一部分 胸壁缺损修复材料的设计与制备
• 参考文献
• 第二部分 胸壁缺损修复材料的生物学评价
• 第一章 细胞毒性实验
• 第二章 急性全身毒性实验
• 第三章 溶血实验
• 第四章 热源实验
• 第五章 皮肤致敏实验
• 参考文献
• 第三部分 胸壁缺损修复材料的体内外降解实验研究
• 第一章 体外降解试验
• 第二章 体内降解试验
• 参考文献
• 第四部分 骨髓间充质干细胞的培养分化以及在材料支架上的生物学行为研究
• 第一章 骨髓间充质干细胞的体外培养及成骨诱导分化方法与鉴定
• 第二章 骨髓间充质干细胞在修复材料支架上的生物学行为
• 参考文献
• 第五部分 全文总结
• 综述
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢