聚磷酸钙多孔材料在模拟体液中的降解规律初探

从组织工程材料学角度研究和开发可控生物降解材料是生物材料科学和工程的主要任务之一.通过体外模拟实验,揭示影响材料降解的各种因素,对实现材料可控降解将具有重大意义.本文对不同晶型的聚磷酸钙多孔支架材料,对比其在模拟体液和三羟甲基氨基甲烷缓冲液中的降解规律,结果表明体液中无机成分对聚磷酸钙支架材料的降解特性有明显影响,在模拟体液中进行聚磷酸钙的模拟降解更接近体内环境,因而更有利于揭示聚磷酸钙的体内降解规律,此结果为实现聚磷酸钙的可控降解提供有用的参考.     

D,L-聚乳酸降解产物对内皮细胞生长影响的体外实验

目的:观察D,L-聚乳酸体外降解规律和降解产物对内皮细胞生长的影响。方法:实验于2006-06/12在四川大学细胞相容性研究室完成。将D,L-聚乳酸膜在生理盐水中体外无菌降解120d。①计算失质量率:失质量率(%)(降解前本体的质量-降解后本体的质量)/降解前本体的质量×100%。②测定黏均相对分子质量:用乌=氏黏度计外推法测降解后本体的特性黏度,特性黏度与黏均相对分子质量关系式为:η=2.21×104M0.77。③测定降解液的pH值。④乳酸标准曲线的制备:将乳酸稀释为0.16,0.08,0.048,0.032,0.016,0.008g/mL,于262nm的波长处测定吸光度值,对乳酸质量浓度做标准曲线。⑤将不同降解时间的降解液与内皮细胞共培养,分为3组,实验组分别加入不同降解时间的未经稀释的降解液100μL和新鲜培养基100μL,阴性对照组加入生理盐水100μL和培养基100μL,空白对照组加入培养基100μL,各组分别培养1,2,3,4,5,6d。采用MTT法测定内皮细胞的生长。结果:①失质量率:在最初2周内,失质量率增大较快。在20～70d失质量率变化不大。在80～120d失质量率快速增加。②黏均相对分子质量:从开始降解到70d,黏均相对分子质量呈直线下降趋势,之后随时间延长而趋于平缓,且相对分子质量很小。③pH值:前30dpH值下降很快,从6.32降到4.56;在30～70dpH值反而有所上升,上升到5.39;之后急剧下降,在120d时达到2.29。④乳酸的质量浓度:随降解时间延长而增大,前20d达到5.8g/L,70d为16.7g/L,120d时达到24.4g/L。⑤不同降解时间的降解液作用下内皮细胞的生长情况:前70d的降解液对内皮细胞生长有促进作用,70d后的降解液明显抑制内皮细胞生长,到120d时降解液使内皮细胞表现显著的细胞毒性,细胞出现凋亡。结论:D,L-聚乳酸膜降解后,70d前降解液促进内皮细胞生长,70d后至120d降解液对内皮细胞生长的影响从抑制作用到细胞毒性逐渐增强。本实验表明D,L-聚乳酸的降解产物在局部积累达一定浓度后对内皮细胞生长的微生态环境有极大的改变,将导致细胞毒性增强,甚至细胞凋亡。     

SCPP降解产物对血管内皮细胞迁移、增殖和F-肌动蛋白重组的影响

目的 研究骨组织工程支架材料掺锶聚磷酸钙(strontium-doped calcium polyphosphate, SCPP)的降解产物(degradation products, DPs)对血管形成密切相关的内皮细胞迁移、增殖和肌动蛋白微丝(F-actin)重组的影响,探索其对骨组织工程血管化的作用.方法 在聚磷酸钙(calcium polyphosphate, CPP)制备过程中掺锶制备SCPP多孔支架材料.生理盐水为降解介质,等离子体发射光谱检测降解液中DPs及浓度.用降解液处理脐静脉内皮细胞株ECV-304,噻唑蓝法和Millicell小室法分别检测细胞增殖和迁移.标记F-actin,荧光显微镜下观察.结果 与CPP和生理盐水组比较.结果 掺锶前后,孔隙率分别为(65±5)%和(64±5)%.SCPP各天降解液中Sr浓度为1.222～1.808 mg/L,约为CPP组的20～40倍,但Ca和P较低.SCPP组细胞增殖和迁移数显著高于CPP组和生理盐水,细胞中F-actin重组形成应力纤维数量明显增多.结论 SCPP的降解液能明显促进ECV-304的增殖.Sr是影响增殖的关键因素,SCPP降解液还能促进ECV-304的迁移,引起F-actin重组,形成与细胞迁移密切相关的应力纤维可能是促进迁移的原因之一.SCPP用作骨组织工程支架可能促进血管形成.     

骨修复材料聚磷酸钙聚合度对其显微结构及体外降解性能的影响

目的:观察骨修复材料聚磷酸钙聚合度对其显微结构及体外降解性能的影响。方法:实验于2006-02/05在四川大学组织工程支架材料研究室完成。通过控制煅烧时间制备得到具有不同聚合度的聚磷酸钙材料。使用液相31P核磁共振法对聚磷酸钙聚合度进行测定。同时,采用X射线衍射仪及扫描电镜对试样进行表征。以生理盐水为递质,进行32d的体外降解实验,在不同时间使用钼蓝光度法对降解液中磷的质量浓度进行测定,降解过程中计算失重率:失重率(%)=[(W0-Wt)/W0]×100%。结果:①聚磷酸钙聚合度随着煅烧时间(3,5,7,10h)的延长而增加,分别为9,13,17,19。②X射线衍射结果表明,聚合度对聚磷酸钙晶型无影响。③扫描电镜图片显示当聚合度大于9时,晶粒清晰可见。同时,晶界变薄,即非晶区变少。④32d体外降解实验结果表明,聚合度为13的聚磷酸钙材料的降解速率最快,失重率约是聚合度为9,19的3倍。结论:不同聚合度的聚磷酸钙的显微结构不同并对其降解性能有一定影响,通过改变聚磷酸钙的聚合度从而调节其降解速率,配合其他影响因素对降解速率的调控可以达到满足临床骨修复要求。     

制备工艺对骨组织支架材料聚磷酸钙降解性能的影响研究

通过对不同工艺参数的聚磷酸钙(CPP)多孔支架材料在三羟甲基氨基甲烷溶液(Tris)和模拟体液(SBF)中降解的比较研究,探索影响CPP降解的因素。采用不同的煅烧温度和烧料粒径制备了不同主晶型的CPP多孔支架材料,并在Tris缓冲液和SBF模拟体液中进行降解实验,时间为60d。X衍射谱检测CPP的结构,磷酸根浓度法检测CPP的降解速率。结果表明:三种晶型CPP的降解速率不同,α-CPP的降解速率最慢;煅烧温度越低,粒径越小,降解速度越快。制备工艺对CPP支架材料的降解规律有显著影响。     

影响掺锶聚磷酸钙降解速率的工艺条件

目的:观察不同工艺条件下对掺锶聚磷酸钙降解速率的影响。方法:实验于2006-02/05在四川大学组织工程支架材料研究室完成。通过分别控制保温时间(3,5,7h)制备3种不同聚合度的掺锶聚磷酸钙烧料,将烧料分别在700,800,900℃下煅烧得到不同工艺条件的掺锶聚磷酸钙材料样品,并在三羟甲基氨基甲烷-氯化氢溶液中进行45d的降解实验。用31P核磁共振波谱仪检测其聚合度,扫描电镜观察其表面形貌变化,钼蓝比色法检测PO43-的质量浓度以表征其降解速率。结果:①31P核磁共振波谱表明,随着保温时间的延长,掺锶聚磷酸钙的聚合度逐渐增大,3种掺锶聚磷酸钙烧料的聚合度分别为9,13,19。②掺锶聚磷酸钙降解速率并不随聚合度增长而呈一单调变化的趋势。在相同的煅烧温度下,掺锶聚磷酸钙的降解速率由高到低分别为聚合度为13,9,19的掺锶聚磷酸钙。聚合度为13的掺锶聚磷酸钙降解液中PO43-的质量浓度达到0.44g/L;相同保温时间下,掺锶聚磷酸钙的降解速率随煅烧温度的升高而增大。③扫描电镜显示,降解速率快的掺锶聚磷酸钙表面有CaP沉积物。结论:不同工艺条件下掺锶聚磷酸钙的降解速率不同,通过调节保温时间和煅烧温度可以在一定程度上调控掺锶聚磷酸钙的降解速率。     

巨噬细胞对掺锶聚磷酸钙降解行为影响的体外研究

目的 通过设计巨噬细胞在体外对SCPP的降解实验,为骨组织工程支架材料掺锶聚磷酸钙(SCPP)体内降解规律的研究提供基础和参考.方法 制备SCPP支架材料,将该材料与巨噬细胞RAW264.7培养6周以研究细胞介导的降解.用扫描电镜(SEM)观察细胞及材料形貌;复合电极测量培养液pH值变化和用等离子体发射光谱检测培养液中的Ca2+、磷(Pi)、Sr2+浓度.结果 SEM结果表明,培养细胞后材料孔径与粒径均减小,表面粗糙度增大,降解显著;细胞组培养液pH值在6.87～7.17之间,明显低于对照组;细胞组培养液中Ca2+、Pi、Sr2+释放量明显高于对照组.细胞介导的降解速率约为对照组的5倍,且Sr2+浓度在正常生理范围内.结论 在SCPP降解过程中,巨噬细胞加速了SCPP的降解,并在降解过程中起到主导作用.