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省科学院健康医学研究所研制出具有骨再生能力、生物可降解碳酸钙/六方介孔硅/聚乳酸-乙醇酸共聚物微球支架

发布时间:2021-04-02

888大奖娱乐官网下载-大奖888手机版客户端-最新大奖娱乐官方网站许为康博士研究团队制备出具有3D网状结构,孔隙率为30-40%CC/HMS/PLGA微球支架,研究发现CC/HMS/PLGA烧结球支架能有效补偿PLGA酸性副产物引起的pH降低HMS/PLGA支架相比, MSCs的增殖有促进作用, ALP活性明显增强,钙分泌也明显增加。2021129日,相关研究成果以Biodegradable calcium carbonate/mesoporous silica/poly(lactic-glycolic acid) microspheres scaffolds with osteogenesis ability for bone regeneration为题,在线发表在RSC Advances》杂志上,第一作者为省健康医学所智能植介入材料专题组组长许为康高级工程师

由于创伤、感染、肿瘤等原因,每年有数百万患者遭受骨缺损的折磨,其中大部分难以修复,这对临床骨科提出了挑战。目前主要的解决方案是使用自体骨或异体骨进行移植。然而,这些骨植入物的成功应用受到局部血肿、血管痉挛的限制。为了成功地修复骨缺损,组织工程学需开发基于支架、细胞和生长因子的新型骨移植材料。支架在骨修复和再生中起着重要作用。微球因其优异的控制释放能力而被长期用药物输送载体,而且它的形状是刚性的,可以单独或组合形成三维(3D)多孔结构,以其特殊的机械结构诱导培养细胞的生长。微球支架与传统块状支架相比具有许多优点包括药物释放的时空可控性和增强的结构或力学性能。然而通常自上而下法制得的含微球支架微球只是其中一部分。这对细胞支架中的渗透和活性保持、临床管理和药物输送提出了挑战。为了克服自上而下法的缺点,一种基于微球自下而上法已越来越流行。通过该法制得的微球支架提供多孔结构和高分辨率的空间组织控制,显示出巨大骨再生潜力。微球支架主要由可生物降解的生物材料制备,分为注射型支架和烧结型支架。许多研究已证实烧结微球支架的生物相容性和组织再生潜力。人工合成聚合物聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA是骨再生支架制备中应用最广泛的一种可生物降解的聚合物,具有良好的加工性能,可制备弹性结构。然而,PLGA降解产生的酸性单体易引起组织炎症反应,这是PLGA基骨再生支架开发面临的核心问题。

PLGA与无机生物材料杂交以提高机械强度。硅是一种普遍存在的环境元素,在结缔组织尤其是骨的代谢中起着重要作用。六方介孔硅(HMS)是一种典型的硅基材料,具有良好的物理性能。在先前研究中,我们选择了HMSPLGA杂化,有效地提高了PLGA支架的抗压强度。碳酸钙(CC)是天然贝壳的重要组成部分,具有良好的生物相容性和可降解性,可延缓PLGA膜的降解,保持良好的pH值。在体内,它与新骨形成紧密的界面。研究表明,由CC组成的珊瑚具有与HA相似的成骨特性。尽管HA是一种被广泛研究的无机骨修复材料,但合成HA的降解速度太慢,材料基质的降解速度可能与组织生长速度不匹配。与HA相比,CC具有更好的生物降解性。然而,HMS/CC/PLGA烧结微球支架在骨组织工程中的应用尚未见报道。

基于此,许为康博士研究团队制备出具有3D网状结构,孔隙率为30-40%CC/HMS/PLGA微球支架。结果表明,CC/HMS/PLGA支架能有效补偿PLGA酸性副产物引起的pH降低。复合CC可以诱导环境中黏附蛋白的增加,有利于细胞黏附于支架上。采用CCK-8比色法、碱性磷酸酶(ALP)活性、ALP染色、茜素红染色等方法检测骨髓间充质干细胞(MSCs)的增殖和成骨分化情况。结果表明,与HMS/PLGA支架相比, CC/HMS/PLGA支架对MSCs的增殖有促进作用, ALP活性明显增强,钙分泌也明显增加。CC/HMS/PLGA烧结微球支架为骨修复和再生提供了一种具有更好性能的有吸引力的策略,将为设计性能更好的骨组织再生支架奠定基础。

图一 具有骨再生能力、生物可降解CC/HMS/PLGA微球支架研究流程图

主要结果:(1)对于CC/HMS/PLGA组,CC中和了酸的降解,因此整个实验过程中pH保持在6以上,且其质量损失幅度远低于HMS/PLGA组(图二)2)在培养过程中,CC/HMS/PLGA组的ALP活力明显高于HMS/PLGA(P<0.05)钙沉积水平高于HMS/PLGA(图三)。

图二 微球支架降解过程中的质量损失(A)PBS溶液pH的变化

图三 MSCs分别在HMS/PLGA(A1A2)CC/HMS/PLGA(B1B2)微球支架上培养10天后ALP染色14天后茜素红染色