摘要
大段骨缺损作为自体无法愈合型骨损伤，严重影响人类的正常生活和健康。近年来，组织工程学技术迅速发展，已经在骨缺损的临床治疗中有应用。通过体外培养将细胞与骨组织支架结合获得修复材料，能够达到骨修复的理想效果。其优点在于解决了一系列传统治疗方法中存在的问题，如合成材料的残留或永久留置、供体组织的大量需求、传染病的风险、额外的手术以及自体组织供体部位的潜在发病率。本文以细胞为原材料制备具有生物活性的细胞基材料，验证其对细胞黏附、增殖、活性、形貌的影响，进一步将其和聚合物基材料复合,制备出平面型的膜材料支架和立体型的导管支架，针对患者实际缺损情况分别可应用于面状骨缺损或柱状骨缺损环境，并进行体外相容性表征。主要研究内容如下: (1)细胞基材料的制备与研究。为改善单一聚合物支架生物活性低的缺陷，选取在骨组织中含量丰富的骨髓间充质干细胞(Bone Mesenchymal Stem Cells,BMSCs)和人脐静脉内皮细胞(Human Umbilic Vein Endothelial Cells,HUVECs)作为研究对象，采取冷冻干燥的方法制备细胞基材料，作为骨组织工程中的生物活性材料。实验结果显示两种细胞基材料在有机溶剂处理后依然保持促进细胞增殖的能力。当浓度为50ng/mL时，BMSC细胞基材料促细胞生长的能力最高。验证了 BMSC和HUVEC两种细胞基材料作为制备骨组织工程支架的活性材料的可行性。 (2)聚己内酯(PCL)膜的结构调控及细胞基材料/聚己内酯复合支架的制备。骨组织工程支架需要具备多孔结构、足够力学强度、生物可降解性以及良好的生物相容性等性能。本节选用符合以上特征的聚己内酯作为基底材料，通过浸没沉淀相转换中的凝固浴参数对聚己内酯膜进行孔径及力学性能的调控。结果表明15％聚己内酯溶液形成的PCL膜孔隙结构均匀，孔径集中分布在9-90μm,杨氏模量为29.68 MPa,强度可达到0.90 MPa,适合细胞的黏附与增殖。为进一步增强聚己内酯膜的细胞相容性，本节将具有生物活性的BMSC和HUVEC细胞基材料与PCL膜进行复合，通过一系列体外表征结果证明复合聚己内酯支架的细胞相容性得到大幅改善。其中，负载1d的细胞基材料/聚己内酯膜支架的细胞相容性最好。 (3)细胞基材料/聚己内酯导管支架结构和性能研究及其细胞相容性评价。为仿生大段股骨模型，本节设计了一种中空状聚己内酯支架，为骨组织再生及修复提供梯度孔结构及更大空间。结合冰模板法相转变法制备出聚己内酯导管,实验结果显示聚己内酯导管的纵向强度为1.53 MPa,横向强度为0.77 MPa;抗压强度为2.5～3.5MPa;孔隙率为62.23％,基本满足天然股骨组织所要求的性能。本节将聚己内酯导管与BMSC细胞基材料复合，体外实验结果表明，该复合支架具有良好的细胞相容性和骨诱导能力，共培养的骨细胞矿化结节明显多于单一聚己内酯支架培养的骨细胞。 本文为生物活性材料复合支架的制备提供了低成本、绿色环保的方法，也为骨组织工程支架的仿生化设计提供了新的思路，在骨组织工程、伤口修复等生物领域具有可观的应用前景。
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