孔隙结构可控的三维多孔细胞支架研制

论文摘要

组织工程是应用细胞生物学和工程学的原理,研究开发用于修复或改善人体病损组织或器官的结构、功能的生物活性替代物的一门科学。这是一种通过细胞培养而直接获得新组织和器官的新技术,对组织器官缺损和功能障碍治疗起到了革命性变革的作用,从而被广泛认可为21世纪最具应用前景的治疗方法之一。组织工程的核心为:建立细胞与生物材料的三维空间复合体,即具有生命力的活体组织,用来对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。种子细胞、可降解的多孔细胞支架以及细胞生长调节因子构成组织工程的三大基本要素。其中,多孔细胞支架是工程化组织形成过程中细胞的生长模板,它不仅为特定的细胞提供结构支撑作用,而且还引导组织再生,控制组织或器官的性状,是组织工程学的重要研究领域之一。因此,用于组织工程的多孔细胞支架是组织工程的基础,是组织工程成败之关键因素之一,研究与开发理想的细胞支架,是组织工程必不可少的重要环节。理想的细胞支架需要具有适宜的孔隙形状、结构、大小、孔隙率和良好的孔隙连通性,但现有的多孔支架制备技术均有各自的缺陷,很难同时满足组织工程对细胞支架的要求。为此,本文针对溶液浇注/粒子沥滤技术的不足,提出了水溶性弹性微球致孔剂/压滤/粒子沥滤技术(简称为压滤成型技术)。研究了高强度弹性水溶性球形致孔剂的制备技术,探讨了实验条件对致孔剂性能的影响;利用压滤成型技术制备了聚乳酸多孔细胞支架,探讨了支架孔隙结构与实验条件之间的关系;实验证实了压滤成型技术是一种全新的孔隙结构人为可控的高分子三维细胞支架快速、简便制备技术,为组织工程用细胞支架的制备提供了一种较为理想的新方法,并获得了如下一些实验结果:应用改进的高压静电法制备了高强度的聚乙烯醇水溶性弹性微球,粒径在100~1000μm范围内可控,外观光滑、呈规则球形,力学强度、弹性和粒径满足支架对致孔剂的需求。聚乙烯醇弹性微球致孔剂在微波作用下具有良好的水溶性,可以方便地从致孔剂/聚合物复合物中去除,从而形成聚合物多孔支架,且致孔剂在三维多孔支架中无残余,避免致孔剂对细胞生物学行为的影响。制备出了孔隙率为90%以上的聚乳酸多孔细胞支架。经光学显微镜和扫描电镜观测,支架整体均匀性较好、内部孔隙形态呈现规则的球形,孔隙间连通性良好、通道呈规则的圆孔。且支架的孔隙大小由致孔剂尺寸控制,如粒径为250~425μm以及425~600μm的致孔剂,制备出的三维多孔支架的孔径分别为288.72±19.01(11) 441.69±26.87(14)μm;孔隙间通道直径由制备条件控制,如粒径为500~650μm的致孔剂,在其他条件不变的情况下,改变成型过程中的压缩比,可以获得不同的通道尺寸(282.05±29.03(16)μm、305.68±10.78(11)μm、331.05±22.91(14)μm)。综上所述,本文提出的弹性微球致孔剂/压滤/粒子沥滤技术(压滤成型技术),可以制备出孔隙分布均匀、孔隙率高、孔隙连通性好的三维多孔细胞支架,且该技术可以方便地控制孔隙大小和孔隙间通道尺寸,是一种满足组织工程需求的较为理想的细胞支架制备新方法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 支架材料
• 1.2 支架制备方法
• 1.2.1 常用支架制备方法
• 1.2.2 经典溶液浇注/粒子沥滤法
• 1.2.3 改进的溶液浇注/粒子沥滤法
• 1.3 本课题的研究内容与研究意义
• 1.4 本课题的创新点
• 2 弹性微球致孔剂制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂和实验仪器
• 2.2.2 弹性微球致孔剂制备
• 2.2.3 微球表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 加压喷雾法制备弹性微球
• 2.3.2 高压静电法制备弹性微球
• 2.4 小结
• 3 细胞支架制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂和实验仪器
• 3.2.2 压滤成型法制备多孔细胞支架
• 3.2.3 支架表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 PDLLA 溶剂的选择
• 3.3.2 支架外观和孔隙结构
• 3.3.3 支架孔隙率
• 3.3.4 致孔剂残余
• 3.4 小结
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读硕士学位期间已发表的论文
• B 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录