摘要
为了促进骨缺损愈合能力，需要针对骨缺损处的特殊生理环境设计骨修复材料。采用非入侵式物理信号刺激协同生化信号是目前常见的一种促进骨修复的策略。其中，磁场刺激在组织再生与修复方面应用广泛。将磁响应性的纳米材料与水凝胶基体结合所制备的磁响应水凝胶能够响应外界磁场刺激，能够有效促进组织修复。其中，明胶水凝胶具有优异的细胞亲和性，能够模拟细胞外基质的三维结构，常用于组织缺损的替代材料。但明胶水凝胶力学强度弱、热稳定差、且缺乏骨诱导性。羟基磷灰石是骨的主要无机成分，具有良好的骨诱导性和生物降解性。而磁性纳米颗粒与磁场的相互作用可有效促进细胞的增殖、分化。因此，本论文基于仿贻贝化学，开发了一种新型磁响应纳米复合高强度明胶基水凝胶用于骨缺损修复。主要研究结果如下： (1)通过仿贻贝化学介导的共沉积法制备了仿贻贝磁性羟基磷灰石颗粒(PMHA)，并对其形貌、结构、性能进行了表征。由于多巴胺上酚羟基的还原性及对金属离子的螯合作用，一方面可以调控纳米颗粒的粒径大小和形貌，并且螯合Fe3O4和HA；另一方面在纳米颗粒表面引入具有高活性的酚羟基官能团能够改善纳米颗粒在水溶液中的分散性。 (2)将甲基丙烯酸化的明胶(GelMA)、明胶、聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)作为水凝胶基体材料，制备了化学交联的明胶水凝胶。将PMHA作为纳米增强相复合在明胶水凝胶中，制备了仿贻贝磁性羟基磷灰石复合明胶水凝胶(PMHA-G-GMA)。在该水凝胶中，利用GelMA的双键聚合以及PEGDE的环氧端基与氨基的反应，形成明胶水凝胶(G-GMA)。然后将PMHA复合到G-GMA水凝胶网络中，得到可用于骨修复的磁响应仿贻贝磁性羟基磷灰石复合明胶(PMHA-G-GMA)水凝胶。筛选明胶水凝胶的不同组成成分对其力学性能、热稳定性之间的影响。最终筛选出最优的组成成分，使得该水凝胶具有良好的力学性能，灵敏的磁响应性能以及优异的热稳定性。 (3)PMHA-G-GMA水凝胶的生物学性能评价：将水凝胶与干细胞共培养，并通过高通量磁场装置，探究仿贻贝磁性羟基磷灰石复合明胶水凝胶与静磁场协同促进细胞增殖、分化的能力。结果表明该PMHA-G-GMA水凝胶能够与静磁场协同影响细胞增殖、分化，筛选出有利于细胞增殖、分化的静磁场强度为10mt。进一步地，体内骨缺损修复实验结果表明，PMHA-G-GMA与静磁场协同作用具有优异的骨修复能力。 综上所述，本文提出了一种仿贻贝化学策略，制备了磁性羟基磷灰石纳米颗粒，并将其与明胶水凝胶复合，制备了高强度磁性明胶复合水凝胶。该水凝胶具有优异的磁响应性及细胞亲和性，能够响应外界磁场作用，调控细胞成骨分化，且促进骨缺损修复。
NETL