摘要: 骨组织工程支架的刚度是影响干细胞的成骨分化和骨再生的重要因素之一，仿生的基质刚度对骨再生有积极作用。目前已有多种具有恒定刚度的支架材料被应用于骨修复研究中，但是这些研究忽视了骨修复过程中的微环境是高度动态变化的，在愈伤组织形成到组... 展开 骨组织工程支架的刚度是影响干细胞的成骨分化和骨再生的重要因素之一，仿生的基质刚度对骨再生有积极作用。目前已有多种具有恒定刚度的支架材料被应用于骨修复研究中，但是这些研究忽视了骨修复过程中的微环境是高度动态变化的，在愈伤组织形成到组织矿化的过程中缺损部位的刚度不断增加，因此恒定刚度的支架难以提供理想的仿生力学微环境，具有动态刚度的支架显然比具有恒定刚度的支架更有吸引力。本研究基于镓铟锡合金和磁性二氧化硅颗粒(magneticsilicaparticles,Fe@SiO2)制备了磁性液态金属(magneticliquidmetal,MLM)支架，通过改变磁场强度动态改变支架刚度，检测具有动态刚度的MLM支架对骨髓间充质干细胞(mesenchymalstemcells,MSCs)成骨分化的影响。进一步地，利用聚乙二醇8000颗粒作为致孔剂制备了多孔磁性液态金属(porousmagneticliquidmetal,PMLM)支架，利用兔股骨髁缺损模型在体评价了PMLM支架的骨修复效果。主要研究内容及结果如下： (1)制备镓铟锡合金及Fe@SiO2，合成MLM支架。结果表明，MLM支架有良好的亲水性，有利于细胞粘附和生长；MLM支架在不同磁场强度下急性溶血率均远远低于5%，具有良好的血液相容性；磁场强度在0-0.4T变化时可使MLM支架的刚度从3.58±0.48MPa增加到14.32±0.97MPa。 (2)将MSCs接种到MLM支架上，在1-5天施加0T磁场，6-10天施加0.1T磁场，11-15天施加0.2T磁场，16-20天施加0.4T磁场，实现刚度的动态变化。结果表明MLM支架具有良好的细胞相容性，支架刚度的动态变化会促进MSCs的细胞铺展。动态刚度组中MSCs的碱性磷酸酶(alkalinephosphatase,ALP)活性在15天时可以达到0.44±0.01U/mg，并且钙沉积和成骨相关基因的表达也显著增加，促进MSCs早期和晚期的成骨分化。 (3)利用粒径为325-380μm的聚乙二醇8000颗粒作为致孔剂制备了PMLM支架，孔隙率为44.17±3.25%。当磁场强度从0增强到0.4T时，PMLM支架的刚度可以实现从0.99±0.11MPa到1.94±0.15MPa的变化。将PMLM支架植入兔股骨髁缺损模型中，并通过外加磁场调控支架的刚度。通过X-射线和组织学评价了动态刚度的PMLM在体内对骨再生的影响。结果表明与恒定刚度组相比，动态刚度的支架显著提高了骨整合和骨再生。 综上所述，本研究成功制备了具有动态刚度的MLM支架和PMLM支架，分别考察了动态刚度在促进MSCs的成骨分化和体内骨再生的作用。实验结果证明，相比于恒定刚度的MLM支架和PMLM支架，动态刚度支架可以在体外促进MSCs的成骨分化，同时在体内促进骨再生。本研究有望为液态金属在骨修复中的应用提供有意义的理论指导。 收起