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研究人员研制出具有骨再生能力、生物可降解CC/HMS/PLGA微球支架

来源: 时间:2021-04-12

  vns7908威尼斯城官网健康医学研究所许为康博士研究团队制备出具有3D网状结构,孔隙率为30-40%的碳酸钙/六方介孔硅/聚乳酸-乙醇酸共聚物(CC/HMS/PLGA)微球支架,研究发现CC/HMS/PLGA烧结球支架能有效补偿PLGA酸性副产物引起的pH降低,与HMS/PLGA支架相比, 对MSCs的增殖有促进作用, ALP活性明显增强,钙分泌也明显增加。2021年1月29日,相关研究成果以《Biodegradable calcium carbonate/mesoporous silica/poly(lactic-glycolic acid) microspheres scaffolds with osteogenesis ability for bone regeneration》为题,在线发表在《RSC Advances》杂志上,第一编辑为省科学院健康医学所智能植介入材料专题组组长许为康高级工程师。

  由于创伤、感染、肿瘤等原因,每年数百万患者遭受骨缺损折磨,大部分难以修复,这对临床骨科提出了挑战。目前常用的自体或异体骨移植受限于局部血肿、血管痉挛等。组织工程学致力于开发基于支架、细胞和生长因子的新型骨移植材料。微球因优异的控制释放能力和刚性形状可形成特殊机械结构,在新型骨移植材料研发中被长期用作药物输送载体并诱导细胞生长。许多研究已证实烧结微球支架的生物相容性和组织再生潜力。聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)是骨再生支架制备中应用最广泛的一种人工合成生物降解聚合物。然而,其降解产生的酸性单体易引起组织炎症反应,是PLGA基骨再生支架开发面临的核心问题。碳酸钙(CC)具有良好的生物相容性和可降解性,可延缓PLGA膜降解,保持良好的pH值,在体内与新骨形成紧密的界面。已有研究表明,由CC组成的珊瑚具有与羟基磷灰石(HA)相似的成骨特性,且生物降解性比HA更好。硅在结缔组织尤其是骨的代谢中起着重要作用。大家先前研究中选择了六方介孔硅(HMS)与PLGA杂化,有效提高了PLGA支架的抗压强度。然而,HMS/CC/PLGA烧结微球支架在骨组织工程中的应用尚未见报道。

  基于此,许为康博士研究团队制备出具有3D网状结构,孔隙率为30-40%的CC/HMS/PLGA微球支架。结果表明,CC/HMS/PLGA支架能有效补偿PLGA酸性副产物引起的pH降低。复合CC可以诱导环境中黏附蛋白的增加,有利于细胞黏附于支架上。采用CCK-8比色法、碱性磷酸酶(ALP)活性、ALP染色、茜素红染色等方法检测骨髓间充质干细胞(MSCs)的增殖和成骨分化情况。结果表明,与HMS/PLGA支架相比, CC/HMS/PLGA支架对MSCs的增殖有促进作用, ALP活性明显增强,钙分泌也明显增加。CC/HMS/PLGA烧结微球支架为骨修复和再生提供了一种具有更好性能的有吸引力的策略,将为设计性能更好的骨组织再生支架奠定基础。


  图1 具有骨再生能力、生物可降解CC/HMS/PLGA微球支架研究流程图

  主要结果:(1)对于CC/HMS/PLGA组,CC中和了酸的降解,因此整个实验过程中pH保持在6以上,且其质量损失幅度远低于HMS/PLGA组(图2);(2)在培养过程中,CC/HMS/PLGA组的ALP活力明显高于HMS/PLGA组(P<0.05),其钙沉积水平也高于HMS/PLGA组的(图3)。


  图2 微球支架降解过程中的质量损失(A)及PBS溶液中pH值的变化


  图3 MSCs分别在HMS/PLGA(A1和A2)和CC/HMS/PLGA(B1和B2)微球支架上培养10天后的ALP染色图,及14天后的茜素红染色图。

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