基于骨微环境设计的纤维支架促骨再生研究

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1、基于骨微环境设计的纤维支架促骨再生研究DesignofFibrousScaffoldsbasedonBoneMicroenvironmentforBoneRegeneration作者姓名：李道伟专业名称：口腔临床医学研究方向：骨组织工程与骨重塑指导教师：孙宏晨教授学位类别：口腔医学博士培养单位：口腔医学院论文答辩日期：2015年6月2日授予学位日期：2015年6月16日论文评阅人：答辩委员会组成：姓名职称工作单位姓名职称工作单位孙红英教授复旦大学附属华山医院主席陈万涛教授上海交通大学附属第九人民医院江宏兵教授南京医科大学委员李成章教授武汉大学口腔

2、医学院叶玲教授四川大学华西口腔医学院付学奇教授吉林大学生命科学学院王松灵教授首都医科大学附属口腔医学院杨柏教授吉林大学化学学院杨柏教授吉林大学化学学院周延民教授吉林大学口腔医学院胡敏教授吉林大学口腔医学院孙新华教授吉林大学口腔医学院中文摘要基于骨微环境设计的纤维支架促骨再生研究炎症、先天畸形和手术治疗等原因引起的口腔颌面部骨缺损是口腔医学科学领域常见的临床表现，这就使骨缺损修复成为该领域面临的重要问题。目前采用自体骨移植、异体骨移植、生物材料以及牵张成骨技术治疗骨缺损取得了一定的进步，但由于存在继发损伤、塑形性差、免疫排斥反应、技术要求高、价格昂

3、贵以及成骨能力有限等问题而限制了其应用。随着细胞生物学和生物材料学的发展，应用组织工程学技术构建的人工骨治疗骨缺损成为目前研究的热点。骨生物化学微环境是骨组织工程的生物学基础，也是骨组织工程支架材料的设计及生物活性因子的选择的依据。对骨生物化学微环境的认识和理解将极大促进骨组织工程的发展。理想的骨组织工程支架材料应具备良好的骨传导性和骨诱导活性。骨组织工程设计目标是实现骨细胞外基质微环境体系和骨生物化学信号分子体系重建与再生，以快速实现骨组织再生。骨细胞外基质中两大主要成分是胶原和羟基磷灰石，因此骨组织工程支架材料理论上应包含这两种成分；而通过选

4、择合适的生物活性因子重建骨生物化学信号分子可显著提高骨修复效率。基于上述理论，我们采用静电纺丝方法制备了明胶和羟基磷灰石改性的聚乳酸-羟基乙酸共聚物纤维，通过SEM和AFM对支架材料的表面形貌进行表征；将MC3T3-E1细胞和骨髓基质细胞接种于支架表面，通过过激光共聚焦显微镜、MTT和实时定量PCR等实验方法检测改性后纤维支架对成骨细胞粘附、增殖、分化的影响。通过体内模型检测纳米纤维的体内宿主反应。通过上述实验我们证实了改性后的纳米纤维具有很好的成骨诱导活性和生物安全性，因此明胶/纳米羟基磷灰石改性PLGA纳米支架可作为骨组织支架材料用于骨再生领

5、域；明胶/纳米羟基磷灰石可提高骨组织工程支架材料骨诱导和骨引导活性。我们还制备了仿生Gelatin/HA静电纺丝纤维支架材料，并将成骨诱导条件培养基中的常用成分β甘油磷酸钠（beta-glycerolphosphatedisodiumsalt，β-GP）和抗坏血酸（Ascorbicacid，AA）直接纺入Gelatin/HA纤维中。通过扫描电子I纤维镜观察制备的交联前后的纤维支架材料；通过建立大鼠颅骨极量骨缺损模型检测载药纳米纤维体内促骨再生能力。通过MICROCT和组织学评价其修复效果。结果显示载药纳米纤维能够快速修复骨缺损，能够作为模板引导骨

6、组织再生并快速诱导矿化。因此载β-GP和AA的仿生Gelatin/HA纤维支架是优良的自体骨替代材料，可用于临床用于骨缺损治疗。另外，通过冻干的方法，我们还将骨生化微环境中的激素类信号分子EPO蛋白直接与Gelatin/HA纤维支架复合，利用静电纺丝支架很高的比表面积和孔隙率负载EPO蛋白用于修复大鼠颅骨缺损。通过体内建立5mm的大鼠颅骨极量骨缺损模型并植入载EPO蛋白纤维支架材料。通过MICROCT和组织学评价其修复效果。结果显示载EPO纤维支架材料能够显著促进骨修复，EPO能够刺激成骨细胞增殖并大量分泌骨基质。因此载EPO的Gelatin/H

7、A的纤维支架材料是优秀的骨组织工程替代骨。关键词：骨生物化学微环境；骨组织工程；β甘油磷酸钠；抗坏血酸；促红细胞生成素IIAbstractDesignofFibrousScaffoldsbasedonBoneMicroenvironmentforBoneRegenerationMaxillofacialbonedefectcausedinflammation,congenitalmalformationsandsurgicaltreatmentisacommonclinicalmanifestationoforalmedicalsciencean

8、dwhichmakesthebonedefectrepairhasbeenanimportantproblemfacedinthisfi