摘要: 目的： 近年的研究表明，胶原纤维内矿化能通过高聚物稳定的液体样矿化前驱体（polymer-induced liquid like precursor）的作用而达到。类似于聚天冬氨酸（polyaspartic acid，pAsp）或者聚丙烯酸（polyacrylic acid，PAA）这类的高聚物能模拟成核... 展开 目的： 近年的研究表明，胶原纤维内矿化能通过高聚物稳定的液体样矿化前驱体（polymer-induced liquid like precursor）的作用而达到。类似于聚天冬氨酸（polyaspartic acid，pAsp）或者聚丙烯酸（polyacrylic acid，PAA）这类的高聚物能模拟成核抑制物的作用而形成稳定的液体样无定形磷酸钙颗粒前驱体（amorphous calcium phosphate precursor）。 在一些需要获得胶原矿化的情况下，如骨缺损或者龋齿修复等，通过加入含有矿物质的材料来获得矿物离子的释放已经成为最常用的研究手段。然而这些报道中，由于缺乏成核抑制物而未能获得脱矿组织的有效的纤维内再矿化。迄今为止，也尚未有使直接使用矿化前驱体颗粒作为钙磷来源的报道。因此，如果能使用一种类似药物运输的策略，直接负载高聚物稳定的矿化前驱体，并将其释放在脱矿组织上，会有效促进胶原矿化从理论向应用的转换。 归功于介孔硅纳米颗粒（mesoporous silia nanoparticles）独特的物理化学特征，介孔硅在生物医药领域的应用已经获得了长足的进步。大孔径介孔硅由于具有较大孔径，因而能负载大量的大分子药物，而并非仅将药物吸附于介孔表面。 在此，我们报道了一种合成大孔介孔硅纳米颗粒（large pore mesoporou silica nanoparticles，LPMSN）的方法，在对其进行氨基化之后，能有效加载和持续释放高聚物PAA稳定的矿化前驱体。将此系统应用于单层重组胶原矿化，通过判断其促进胶原的纤维内矿化的能力来探索此系统在生物矿化应用领域的可行性。 材料和方法： 第一部分 使用扩孔剂1,3,5-三甲苯(1,3,5-Trimethylbenzene，TMB)对初始合成的小孔径的介孔硅进行140℃高温高压下扩孔。在无水甲苯回流的条件下使用硅烷偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷（3-aminopropytriethoxylsilane，APTES）对LPMSN进行表面改性，获得氨基化的大孔介孔硅纳米颗粒（amine-functionalized mesoporous silica nanoparticle，AFMSN）。使用了一系列的物理、化学方法对接入氨丙基（aminopropyl group）功能基团的介孔硅纳米颗粒的内部物理结构以及化学结构进行表征，包括：透射电镜（transimission electron microscopy，TEM）、场发射透射电镜（field emission transimission electron microscopy，FTEM）、X-射线粉末（powder X-Ray diffraction，XRD）、热重分析（thermogravimetric analysis，TGA）、傅里叶红外变换光谱分析（fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）、光电子能谱分析（X-ray photoelectron spectrograph，XPS）、固态核磁共振（solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy，SSNMR）、氮气吸附脱附实验（nitrogen adsorption and desorption experiment）以及zeta电位测试。 第二部分 通过使用聚丙烯酸与钙磷溶液获得仿生矿化模拟物稳定的无定形磷酸钙颗粒（PAA-ACP）溶液。将 AFMSN粉末与该溶液混合、吸附、离心清洗使用冷冻干燥技术冻干后获得含有 PAA-ACP复合物前驱体的介孔硅粉末，即PAA-ACP@AFMSN。 PAA-ACP@AFMSN粉末使用 TEM、 FTIR进行检测，并将PAA-ACP@AFMSN使用环氧树脂包埋后使用 FTEM检查并对其表面元素分布进行元素分布形貌描绘(elemental mapping)。 将PAA-ACP@AFMSN粉末浸泡于HEPES缓冲液中，使用分光光度计法分别测定其钙、磷、硅元素在0.5、1、3、6、12、24、48、72、96、120h的释放，绘制曲线。 第三部分 使用小牛皮肤来源的I型胶原粉末进行单层胶原重组，并使用获得的重组I型胶原对从 PAA-ACP@AFMSN释放的前驱体的胶原纤维矿化的有效性进行检验。将PAA-ACP@AFMSN与HEPES溶液共混后获取上清，将重组的I型胶原网浸泡于上清中培养4天。将不同时间点的矿化胶原纤维进行纤维内矿化程度的TEM检查。这是一种间接测定无定形磷酸钙前驱体释放和直接检验PAA-ACP@AFMSN系统矿化胶原纤维有效性的办法。 结果： 1.使用扩孔剂TMB能有效扩大孔径，最终获得平均孔径为14.56nm的大孔介孔硅纳米颗粒。硅烷偶联剂APTES的引入，成功地将氨丙基基团共价接枝于介孔硅的表面，并获得了表面正电荷的AFMSN。这种改性有利于后期负载负性PAA-ACP复合体。 2.通过吸附PAA-ACP复合体，成功获得了PAA-ACP@AFMSN。FTEM元素分布的检测证明 PAA-ACP@AFMSN内部含有丰富的钙磷元素。PAA-ACP@AFMSN中的钙、磷、硅元素的持续释放从三者的释放曲线中被证实。 3. PAA-ACP@AFMSN在溶液中释放的无定形磷酸钙前驱体能对重组胶原进行有效的矿化，这证明了钙磷释放曲线检测前驱体的有效性以及PAA-ACP@AFMSN这个系统具有向应用转化的潜能。 结论： 通过直接将仿生矿化无定形磷酸钙前驱体负载于氨基化的大孔介孔硅中，并对这种提前制作的前驱体对重组I型胶原生物矿化能力的检测，我们认为： 使用PAA-ACP@AFMSN对重组I型胶原进行生物矿化的系统是有效可行的。这证实了将前驱体直接加载以及释放到生物脱矿组织的这种概念转变的成功。同时也证实了，将介导矿化的中间体在生物组织在原位进行持续释放是可行的，具有将骨骼、牙齿的原位生物矿化从概念向应用转化的巨大潜能。 收起