编号：YYHY00986

篇名：介孔生物活性玻璃修饰的聚己内酯纤维支架体外抑炎及促成骨功能研究

作者： 冯泽华

关键词： 静电纺丝; 介孔生物活性玻璃; 纳米纤维支架; 抑炎作用; 成骨分化;

机构： 南京医科大学

摘要： 目的 利用介孔生物活性玻璃纳米颗粒(mesoporous bioactive glass nanoparticles,MBGN)修饰聚己内酯(poly-caprolactone,PCL)静电纺丝纳米纤维三维支架,探究MBGN的加入对支架形貌、理化性质、矿化能力、体外抑炎及促成骨性能的影响,为炎性微环境下骨缺损的再生修复提供新的治疗策略。 方法 通过静电纺丝制备PCL膜;溶胶-凝胶法制备MBGN。经历分散、均质化、明胶热自组装、羧甲基壳聚糖(carboxymethyl chitosan,CMCS)表面修饰等步骤,制备获得MBGN修饰的PCL纳米纤维3D支架PCL@MBGN。通过扫描电镜、能谱仪分析PCL膜、MBGN和PCL@MBGN的形貌和化学组分;热重分析研究PCL@MBGN中无机、有机成分的比例;傅里叶变换红外光谱研究支架的化学结构;电感耦合等离子体-质谱法研究离子释放能力。将支架在模拟体液中浸泡28天检测表面羟基磷灰石形成能力。CCK-8(cell counting kit-8)法和Live/dead染色法检测MBGN添加量对支架的细胞毒性影响。流式细胞术检测M1、M2型巨噬细胞表面标记分子表达水平,并使用实时荧光定量聚合酶链反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,q RT-PCR)检测炎性相关细胞因子的转录水平。使用支架浸提液刺激人骨髓间充质干细胞(human bone marrow mesenchymal stem cells,hBMSCs),进行碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和茜素红(alizarin red S,ARS)染色,q RT-PCR检测成骨相关基因的转录水平,评估支架对hBMSCs成骨向分化及矿化的影响。 结果 本研究成功制备超轻多孔且具有3D结构的PCL@MBGN支架,依据MBGN相对CMCS的质量比,命名为PCL@0MBGN、PCL@100MBGN、PCL@150MBGN及PCL@200MBGN。提高MBGN含量,支架表面球状颗粒增加,亲水性改善,但其多孔结构没有受到显著影响。热重分析表明支架中MBGN含量可以通过调控其初始添加量控制。MBGN修饰使支架可持续释放Ca离子和Si离子,提高其体外矿化能力。除PCL@200MBGN外,其它三种PCL@MBGN在体外对hBMSCs及RAW264.7无细胞毒性且促进细胞增殖。将支架浸提液与脂多糖诱导的RAW264.7共培养,促炎M1型巨噬细胞比例减少,抑炎M2型巨噬细胞比例增加。支架中MBGN含量越高,M1型占比越低,M2型占比越高。PCL@MBGN还能抑制肿瘤坏死因子-α、白细胞介素1β、诱导型一氧化氮合酶等促炎因子基因转录,MBGN添加量越高对抑炎细胞因子白细胞介素4的转录促进作用越强,证明支架发挥了体外抑炎作用。ALP和ARS染色和定量结果表明,PCL@MBGN可促进hBMSCs的ALP分泌和矿化结节形成,q RT-PCR结果证明,MBGN含量越高对hBMSCs成骨分化相关基因ALP、Runt相关转录因子2、骨钙素的转录水平上调作用越明显,证明了PCL@MBGN的体外促成骨作用。 结论 具有3D结构的纳米纤维支架PCL@MBGN在体外可显著促进hBMSCs的成骨分化,且具有抑炎作用,但无细胞毒性,表明PCL@MBGN在骨缺损修复,特别是炎症环境下的骨缺损(如牙周炎导致的牙槽骨缺损)修复中具有良好的应用前景。