摘要水凝胶具有合适的粘度、机械性能和良好的生物相容性,其中可注射水凝胶因其可以填充任意形状的骨缺损,被广泛应用于骨缺损修复领域。含生物活性玻璃(BAG)的可注射水凝胶因其可以在模拟体液中通过矿化生成羟基磷灰石层(HCA),实现力学强度的自增强,同时能与缺损处新骨形成紧密的化学键,有利于新骨的生长,因此被广泛运用于骨组织工程。<br> 本研究通过可注射性、是否成凝胶及凝胶时间,筛选出了PVA/SA/BAG水凝胶的最佳配比。通过化学表征及凝血实验(兔全血),对PVA/SA/BAG水凝胶进行分析。结果表明,当PVA/SA/BAG水凝胶中各组分配比为10%、6%、6%时,水凝胶可注射且凝胶时间最短为3.5min,同时水凝胶具有粗糙的表面及较好的凝血性能。基于筛选出的最佳配比制备PVA/SA/BAG水凝胶,探究体外矿化对其理化性能的影响。通过测定水凝胶在模拟体液中矿化28天的力学强度,探究水凝胶力学性能的“自增强”特性;通过平衡水分含量、溶胀性、保湿性实验,测定水凝胶在模拟体液中矿化28天的含水率;通过离子强度、温度敏感性实验,测定水凝胶在模拟体液中矿化28天的环境敏感性;通过SEM、FTIR、XRD等测定水凝胶在模拟体液中矿化28天羟基磷灰石的生成情况。结果表明,通过体外矿化,PVA/SA/BAG水凝胶具备承载1kg重量的承重能力,水凝胶的压缩强度、压缩模量和断裂能分别达到0.12MPa、0.376MPa和17.750kJm?2。水凝胶的平衡水分含量大于96.44%,溶胀率大于1738.37%,含水率大于61.74%,同时水凝胶对温度及离子强度均具有敏感性。水凝胶表面生成了羟基磷灰石,且水凝胶的孔隙增多,孔径变大。<br> 通过体外溶血实验及细胞毒性实验,探究了PVA/SA/BAG水凝胶的生物相容性。结果表明,水凝胶的溶血率小于5%,且对小鼠成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1细胞)无细胞毒性,生物相容性较好。通过检测成骨细胞分化程度标志蛋白ALP酶活,探讨水凝胶诱导MC3T3-E1细胞的分化能力。结果表明,水凝胶的ALP活性显著高于对照组,表明水凝胶能促进MC3T3-E1细胞分化。同时检测了MC3T3-E1细胞分化过程中涉及到的相关分化因子(COL-1、RUNX2、ALP、OPN、OCN、OSX)的表达情况,与ALP活性检测结果相似,表明水凝胶能够促进MC3T3-E1细胞分化。成骨细胞的体外矿化成熟,标志着成骨细胞进入成熟期。在21d时,通过茜素红染色及10%氯化十六烷基吡啶定量测定实验,检测了成骨细胞的矿化能力。结果表明,水凝胶组出现分布较广泛的红色深染钙结节,钙结节的数量及钙化面积均多于对照组,且水凝胶组的定量值显著高于对照组。以上结果证明了PVA/SA/BAG水凝胶能够促进MC3T3-E1细胞分化矿化,可为PVA/SA/BAG水凝胶在不规则骨缺损修复领域的开发利用提供理论数据。
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