基于静电喷雾的黑磷纳米片@海藻酸钠复合微球的制备及在骨修复中的研究

编号：YYHY00958

篇名：基于静电喷雾的黑磷纳米片@海藻酸钠复合微球的制备及在骨修复中的研究

作者：刘轩妤

关键词： 静电喷雾法; 海藻酸钠; 黑磷; 骨基质小泡; 骨修复;

机构： 太原理工大学

摘要： 在当前临床实践中,骨缺损是一种常见疾病,严重影响患者的健康状况。严重的骨缺损需要进行骨组织重建以进行修复。自体骨移植和异体骨移植被认为是目前最常见的骨组织重建的方法。然而,这些方法存在着移植来源有限、并发症发生率高等局限性。因此,近几十年来,组织工程技术在研究骨缺损治疗方法中逐渐展现出前景。组织工程的一个重要目标是设计和制造可吸收和可生物降解的支架,以促进新生骨组织的形成并长期维持组织结构的完整性。不同类型的微球、聚合物和复合材料支架已被应用于骨再生治疗中。在骨再生过程中,微球因其独特的形状和结构与骨骼中的骨基质囊泡相似,可以为新骨的形成提供良好的环境。然而,骨基质囊泡通常被认为是人体骨骼组织生物矿化的主要部位。因此,本文旨在通过构建仿生基质小泡,利用静电喷雾法制备海藻酸钠微球(ALG)、海藻酸钠-黑磷(ALG-BP)复合微球以及负载MC3T3-E1细胞的海藻酸钠-黑磷(ALG-BP)复合微球,分别用于骨缺损的治疗。本文的主要研究结果如下: (1)利用静电喷雾(Electrostatic spray,ES)技术将海藻酸钠(ALG)与黑磷纳米片(BPNS)混合,合成了一种新型复合微球。在生物矿化过程中,这些微球在暴露于仿生矿化液(SBF)时可模拟基质囊泡的调节功能。通过调节不同的矿化时间探究微球最短生成羟基磷灰石速度,以达到快速矿化的目的,减少骨治疗的时间。结果显示,矿化2 h的海藻酸钠(ALG)-黑磷纳米片(BPNS)新型复合微球表面生成大量羟基磷灰石(HA),为后续的实验奠定了基础。 (2)在生物矿化过程中,这些微球暴露于SBF中可模拟基质囊泡的调节功能。通过煅烧实验结果和TG-DSC结果显示,BPNS在一定程度上促进了微球表面HA的生成。细胞毒性实验和细胞增殖实验显示,细胞增值活力超过85%。此外,伤口愈合评估显示,M-ALG-BP微球具有卓越的迁移能力,迁移率超过50%。此外,经过7天的成骨诱导后,M-ALG-BP微球明显刺激了成骨细胞的分化。尤其值得注意的是,M-ALG-BP微球能显著增强成骨细胞的成骨分化,并诱导体外胶原蛋白的产生。此外,微球植入小鼠骨骼肌的实验表明,ALG-BP微球具有异位矿化的潜力。这项研究强调了ALG-BP微球出色的矿化特性及其在骨组织工程中的临床应用前景。 (3)利用ES技术,制备了负载MC3T3-E1细胞的ALG-BP复合微球。通过DAPI染色和细胞毒性实验结果表明:MC3T3-E1细胞成功负载进入ALG微球和ALG-BP复合微球内部,并且活/死染色进一步证明在ALG微球和ALG-BP微球内部的细胞,在5天后仍能保持良好的活性。BP的引入对细胞无毒。此外,在大鼠股骨平台建立骨缺损模型,随后将ALG微球和负载MC3T3-E1细胞的ALG-BP复合微球植入骨缺损处,通过体内实验结果显示:相比ALG微球来说,ALG-BP@MC3T3-E1微球可以更快促进骨骼生长。 本研究通过将BPNS与ALG结合制备微球,并调节矿化时间,探索了最短的矿化时间,并进一步证实了BP具有促进矿化的潜力。通过将ALG-BP微球植入体内,证明了微球具有异位矿化的潜力,为骨缺损的修复提供了有价值的数据和结果。最后,通过将MC3T3-E1细胞封装在ALG-BP微球中,并进行动物实验证明,ALG-BP@MC3T3-E1微球能够促进新骨的生成。综上所述,本研究为未来骨组织工程研究提供了有益的思路和方法。