摘要: 先天或后天损伤导致的组织缺损，是临床上常见问题。采用传统手段治疗存在效果不明显、需要二次手术等问题。近年来，随着生物学和材料学的发展，复合干细胞和生物材料的组织工程技术诱导组织再生为这类疾病提供了新的思路。水凝胶是一种高保水的高分... 展开 先天或后天损伤导致的组织缺损，是临床上常见问题。采用传统手段治疗存在效果不明显、需要二次手术等问题。近年来，随着生物学和材料学的发展，复合干细胞和生物材料的组织工程技术诱导组织再生为这类疾病提供了新的思路。水凝胶是一种高保水的高分子材料，其丰富的含水量与天然组织中细胞外基质类似，常作为组织工程支架。海藻酸盐是从海洋褐藻中提取的天然多糖类高分子，具有良好的生物相容性和生物安全性，在二价阳离子如Ca2+环境中可以发生离子交联，作为组织工程支架被广泛应用于组织工程中。然而，在一价阳离子如Na+环境下，交联的海藻酸盐水凝胶会发生Na+/Ca2+离子交换导致水凝胶稳定体系被破坏。这会导致水凝胶力学强度下降，甚至导致水凝胶崩解。针对上述的问题，本论文主要研究了双交联海藻酸盐基的制备方法，获得了两种高力学性能和高稳定性的双交联海藻酸盐水凝胶。并在此基础上，针对软骨损伤和脊髓损伤特性，研究了双交联海藻酸盐水凝胶在组织工程中的潜在应用。 海藻酸盐是由D-甘露糖醛酸和古洛糖醛酸单体组成的长链聚合物，分子链上具有丰富的羧基。可以选择带有氨基的底物，与海藻酸盐侧链羧基发生酰胺反应，获得到功能化海藻酸盐。海藻酸盐的离子交联的作用力主要来源是Ca2+与海藻酸盐主链基团的相互作用，因此侧链基团的修饰并不影响其离子交联特性。高分子侧链的功能基团可以发生化学反应，从而获得双交联海藻酸盐基水凝胶。 根据上述思路，本论文分别在海藻酸盐侧链修饰了巯基和共轭双键，在光催化条件下，可以发生迈克尔加成反应，从而获得双交联海藻酸盐水凝胶。该水凝胶力学强度可调，相对于仅离子交联的水凝胶最大弹性模量提高5-10倍，在Na+环境中可稳定存在30d以上。此外，该水凝胶具有剪切变稀的特点，可作为生物墨水，通过3D打印机制备组织工程支架。与传统海藻酸盐支架相比，该支架具有更高的打印精度和力学强度。该支架具有良好的生物活性，人脐带问充质干细胞(huMSCs)可在支架上增殖，在软骨培养基中培养28d，支架上的huMSCs可以分化为软骨。另外，本论文还将巯基化海藻酸盐和共轭双键修饰的明胶反应获得了双交联海藻酸盐一明胶水凝胶，在此基础上，本论文还在海藻酸盐.明胶水凝胶中原位掺杂了Ca(OH)2纳米微晶。当水凝胶处于一价阳离子溶液中，这些原位的Ca(OH)2纳米微晶可以作为“钙库”不断释放Ca2+以补充体系内被一价阳离子置换的Ca2+，因此，该水凝胶可以稳定的存在于生理环境中60d以上，应用于更长周期的的组织工程修复治疗。双交联海藻酸盐-明胶体系与双交联海藻酸盐体系相比，其前体溶液呈现独特的剪切增稠特性。利用湿法纺丝技术，剪切增稠的溶液在凝固浴中快速固化会发生高分子自组装，从而获得表面具有取向拓扑结构的纤维。在本论文的研究中，海藻酸盐-明胶纤维直径在200-1000μm范围可调，直径200μm的海藻酸盐.明胶纤维表面的沟壑拓扑结构尺约为200nm。体外实验中，该纤维可以很好的引导神经干细胞增殖、迁移并分化为功能神经元。大鼠全横断脊髓损伤修复8周后，损伤区tuj-1，Map-2，NeuN阳性神经元显著增多，NF，CHA，5-TH，SYP阳性功能神经元显著增加，大鼠后肢运动功能恢复得到明显增强。 综上所述，两种双交联海藻酸盐生物材料可以针对软骨缺损和脊髓损伤的临床需求，采用3D打印或湿法纺丝技术，制备三维组织工程支架或纤维组织工程支架进行组织缺损修复，具有一定的应用潜力。 收起