聚乳酸/卵磷脂复合骨组织工程支架的制备及其性能研究

在人口老龄化日益严重的今天，骨移植手术的需求也不断增加。为了缓和自体骨移植和异体骨移植这两种方法所需的捐赠组织供应短缺的压力，并克服这两种方法带来的缺陷，研发骨组织工程支架是十分有必要的。 聚乳酸（PLLA）被广泛用于骨组织工程支架的研发中。聚乳酸纳米纤维模仿了骨中有机基质胶原纤维的形态，但由于PLLA呈疏水性，缺乏细胞识别位点，因而限制了PLLA纳米纤维支架进一步的应用。在本研究中，使用天然生物活性材料卵磷脂作为改性剂，通过共混的方式引入到支架内部，改善PLLA纳米纤维支架的亲水性和细胞相容性。并且使用SEM、XRD、ATR-FTIR、DSC、接触角测试、降解实验等检测方法对改性后的支架的各项性能进行了检测。共混引入卵磷脂后（质量比m卵磷脂:mPLLA≤15%），支架表面仍然维持了纳米纤维形貌，改性支架的晶型与单纯PLLA纳米纤维对照组一致，仍然是α’相。随着引入的卵磷脂的量的增加，支架的亲水性得到了显著的提高。卵磷脂在PLLA分子之间充当着塑化剂的作用，造成了支架的结晶度降低。使用mBMSCs细胞对支架的生物相容性进行评价，实验发现具有合适的亲水性的支架能够显著促进细胞的增殖。 此外，本研究进一步对卵磷脂调控PLLA纳米纤维表面微观形貌、力学强度以及蛋白吸附性能进行了探讨。研究发现，当m卵磷脂:mPLLA≥2.05，PLLA在-24℃凝胶会在表面形成一层几百微米深度的纳米带状结构，随着深度的增加，纳米带状结构会逐渐转化为纳米纤维结构。随着卵磷脂含量继续增加，支架表面的纳米带状结构的长宽比会降低，形成纳米片状结构。加入卵磷脂后，PLLA的晶型从α’转化为了更稳定的α相。由于在卵磷脂支架内部充当塑化剂的作用，使得1:1组（m卵磷脂:mPLLA=1:1）的力学强度相比对照组有所下降，但是进一步增加卵磷脂的含量，由于卵磷脂从体系中相分离出来，使得PLLA在体系中浓度上升，因此2.05:1组强度相比于1:1组有所上升。蛋白吸附试验表明随着卵磷脂的量的增加，-24℃所形成凝胶的改性组支架的蛋白吸附能力显著高于对照组。而常温所形成的凝胶，其2.05:1组样品中整体具有带状结构，导致比表面积下降，抵消了卵磷脂带来的促进蛋白吸附的作用，与-24℃凝胶的对照组的蛋白吸附量没有明显差异性。 通过对共混不同含量卵磷脂的实验组在不同温度和不同时间凝胶制得的样品的微观形貌和晶型进行分析，得出纳米带状结构产生的原因：卵磷脂加入后（m卵磷脂:mPLLA≥1:1）促进了PLLA分子链的移动，使得PLLA形成更稳定的α相。但是当m卵磷脂:mPLLA≥2.05:1，卵磷脂会在表面聚集并且阻碍支架表面的PLLA完全相分离成纳米纤维，而是维持相分离早期的纳米带状结构。通过对PLLA纳米纤维支架表面微观结构调控，有望实现对细胞行为的调控。