快速成型技术构建聚己内酯骨支架及其性能的研究

【摘要】研究背景：在全球范围内，由于创伤、感染、肿瘤等诸多原因造成的骨缺损每年都有大量患者深受其害，需进行治疗。目前临床上的常规治疗方法有诸多局限，无法达到满意的治疗效果，而组织工程技术的出现给骨缺损的治疗带来的新的治疗方向。骨组织工程有四个关键因素，即种子细胞、骨支架、生长因子、环境。其中骨支架核心要素，而骨支架也有两个关键要素：1、骨组织工程支架材料；2、骨组织工程支架制备方法。目前骨组织工程支架材料有很多种，主要有高分子聚合物（如聚己内酯、聚乳酸、聚氨酯、聚乳酸-羟基乙酸聚合物等）、无机物材料（如羟基磷灰石、磷酸三钙等）、天然高分子聚合物（如壳聚糖、海藻酸盐、胶原等）、复合材料。其中聚己内酯因拥有良好的生物相容性、良好的顺应性、良好的可塑性、降解速度与新骨生成速度匹配及生物力学性能良好等诸多优点，现广泛用于软组织缝合线、骨组织工程支架制备、骨缺损修复、药物控释载体等领域。传统的支架制备方法有热致相分离法、粒子沥滤法溶盐法等等，由于其制作工艺复杂，无法制备个体化支架，而又有孔隙率、孔径大小、孔隙之间的连通率无法控制等因素，无法制备出理想的骨组织工程支架。随着工业制造技术的发展，组织工程支架制备技术也取得了可喜的进展。自1986年制作出了第一台3d打印机，从此快速成型技术飞速发展，现已有大量学者尝试将快速成型技术与组织工程技术相结合，制作出理想的组织工程支架。现常用的快速成型技术有选择性激光烧结、立体光刻技术、三维打印技术等。其中熔融沉积成型技术相对于其他快速成型技术，因制作支架费用、机器维护费用低廉等诸多优点，有望成为理想的组织工程骨支架制作方法。本研究以聚己内酯为原料，利用熔融沉积成型法制备骨支架，并研究聚己内酯支架的生物相容性及理化性能。研究目的：运用快速成型技术（RP）构建聚己内酯（PCL）支架，检测其生物相容性，探讨其成为组织工程骨支架的潜力。实验方法：首先通过软件建立无孔隙、300μm孔径、500μm孔径的CAD模型，三种模型均为高1mm，直径10mm的圆形支架。将数据分层处理后，以聚己内酯为原料，通过熔融沉积技术制作出无孔隙、300μm孔径、500μm孔径的三种聚己内酯支架。然后，利用场发射扫描电子显微镜观察支架表征，用比重瓶法测定300μm孔径及500μm孔径的聚己内酯支架的孔隙率。其次，用二苯基四氮唑溴盐（MTT）法检测支架材料对细胞增殖的影响，在倒置显微镜下观察细胞的粘附情况，用扫描电子显微镜观察粘附在支架上的细胞形态。结果：肉眼观察可见300μm及500μm孔径支架材料孔隙大小均匀，排列规整，层次分明，两种孔径支架都具有良好的孔隙连通率。MTT检测结果显示1d、2d、3d各时间点均无明显细胞毒性，细胞毒性为1级。荧光倒置显微镜下观察发现细胞粘附数量由无孔隙组、500μm孔径组、300μm孔径组依次增加。扫描电子显微镜下观察细胞紧密粘附于支架。由上面的结果可以得知，用快速成型技术制备的聚己内酯支架具有较高的孔隙率，孔隙之间连通率良好，生物相容性良好，细胞粘附良好，有望成为骨组织工程支架。本实验创新点在于采用快速成型技术之一的熔融沉积成型法，制备出聚己内酯支架，并通过MTT法、扫描电子显微镜、倒置荧光显微镜、孔隙率测定等测定其理化性质及生物相容性，为后期骨缺损动物实验提供理论支持。
【作者】韩永杰；
【导师】韩冰；
【作者基本信息】吉林大学，口腔临床医学，2014，硕士
【关键词】骨组织工程；骨支架；熔融沉积成型法；生物相容性；

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