用于椎体成形骨水泥和骨软骨组织工程支架的磷酸钙/丝素蛋白复合材料

【摘要】各种骨科疾病给患者带来痛楚的同时更给家庭和社会造成了极大的影响，而针对疾病的治疗离不开诸多生物材料。磷酸钙材料是一类具有良好的生物活性，并可与周围组织形成骨性结合的材料，多用于人工骨；丝素蛋白(SF)是一种天然蛋白质，降解、易修饰，具有良好的生物相容性和优异的力学性能，近年来广泛应用于生物医用材料领域。本文旨在研究丝素对磷酸钙骨水泥(CPC)的增强效果以扩展其在骨缺损治疗上的应用，并以此为基础，制备磷酸钙/丝素蛋白复合支架用于骨软骨组织工程研究。首先，通过调整蚕丝煮沸脱胶时间考察其对丝素的影响。SEM结果显示煮沸可以去除丝胶，但长时间煮沸会使丝素短纤维剥离。SDS-PAGE检测到蛋白分子量分布较宽，分子链被裂解。因此，其在溶液具有更小的粒径，宏观上也更加澄清。其次，将丝素溶液作骨水泥固化液，发现经短时间煮沸脱胶的溶液可以缩短骨水泥的凝固时间并使其具备更好的抗溃散效果。将以共沉淀法制备的羟基磷灰石-丝素蛋白(HA-SF)复合物添加到CPC体系中，发现CPC的压缩强度显著提高。通过FTIR、XRD、TGA和SEM等表征方法考察HA-SF和CPCs的化学成分和微观结构，并基于此提出增强机理：Ca2+和SF分子链上的负电荷基团之间存在强烈的相互作用、HA-SF复合物改善体系中有机无机两相之间的界面结合力、HA-SF复合物作为晶种可诱导HA的沉积形成致密结构、SF分子链相会缠结形成的网络结构阻止了HA片状结构的扩展。此外，SF的引入能在保证注射性的前提下缩短凝固时间，有效改善CPC的抗溃散性；材料浸提液MTT实验和皮下炎症反应实验结果均显示其具备良好的生物相容性。在CPC/SF体系中加入氯化钠(NaCl)颗粒作致孔剂制备磷酸钙多孔支架，通过改变颗粒尺寸及添加比例调控支架结构。逐层添加丝素蛋白溶液冻干制备三层复合支架，通过调整溶液浓度和冷冻条件调控丝素多孔支架的微观形貌。支架各层之间界限明显且结合良好，骨相磷酸钙层孔径约400μm、软骨相丝素层孔径约100μm、界面层孔径<30μm。体外细胞实验结果显示，软骨细胞能在丝素支架上良好地生长、增殖；将构建的骨软骨组织块植入猪股骨髁缺损区，六个月后发现修复情况良好。结果表明磷酸钙/丝素复合支架对骨软骨缺损有一定修复效果。
【作者】曹呈斌；
【导师】李斌；
【作者基本信息】苏州大学，材料学，2014，硕士
【关键词】磷酸钙骨水泥；丝素蛋白；羟基磷灰石；骨软骨；组织工程；

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