检索历史 清除

摘要近几十年来，生物材料的研究从最初的惰性材料到生物活性材料，进而转向开发可原位诱导组织再生、器官形成的组织诱导性生物材料。丝素蛋白由于其良好的组织相容性、易加工性和可降解性等，作为组织诱导性生物医用材料的研究日益受到关注。 对于机体的绝大多数组织而言，血管新生是损伤修复过程中必不可少的环节。因此，利用生物材料辅助修复缺损组织时，必然要求生物材料能够快速有效地血管化。尽管目前已经有很多研究关注改善生物材料的血管化问题，比如，设计和加工具有恰当孔径、孔隙率和连通性的多孔材料，向材料中添加血管生长因子、接种细胞及人造血管等等。但是，生物材料血管化的详细过程及其与组织再生之间的相互关系，生物材料性能与血管化及组织再生的相互关系，体内环境对生物材料的修饰作用和该作用对血管化的影响以及材料降解性能与组织再生之间的相互关系等方面，尚无系统的研究。故目前关于材料血管化方面的研究，在应用水平上仍然没有取得实际意义的成功，生物材料的血管化问题仍然是制约生物材料研究与应用的主要因素。 本文以丝素蛋白基医用生物材料研发中的关键问题——材料的血管化及其组织再生性能为目标进行研究和探讨。通过对多孔丝素蛋白材料和聚乙烯醇（PVA）海绵在不同组织中的血管化过程的仔细观察以及对生物材料血管化与组织再生之间的关系的探讨，从生物学和材料科学的角度分析与讨论了生物材料血管化及组织再生的过程与实质。 进一步，通过结合体内外方法考察了体内环境对植入材料的修饰作用及其对细胞增殖、伤口愈合的影响。体内环境对生物材料的修饰作用，主要包括蛋白吸附及细胞外基质在材料中的组装。经过体内环境的修饰作用，生物材料即被活化，为细胞生长提供适宜的微环境。 本文最后提出一种评价材料降解与组织再生之间的协调性的方法，半定量的考察材料的降解性能及其对组织再生的影响，进一步揭示材料降解与组织再生之间的关系。 本研究将形态结构相似的多孔丝素蛋白材料和聚乙烯醇（PVA）海绵分别植入大鼠背部真皮组织和股部肌肉组织，通过组织学切片详细观察其血管化过程和组织再生情况。结果表明，多孔丝素蛋白材料和PVA海绵，无论植入真皮组织还是肌肉组织，其血管化过程具有共同的步骤和特征。这个过程包括4个依次连续发生的阶段：吸附阶段，细胞外基质组装阶段，组织及血管快速增生阶段及重塑阶段。据此推测，此模式为多孔生物材料在体内血管化所共有。这为开发多孔医用生物材料以促进生物材料快速有效的血管化提供了实验基础。 通过考察多孔丝素蛋白材料和PVA海绵中的血管化和组织再生之间的关系，结果表明，植入早期细胞外基质在生物材料中的组装及细胞增殖首先为材料的血管化提供了良好的条件，材料良好的血管化又为新生组织的进一步生长提供保证。通过比较，多孔丝素蛋白材料的血管化情况优于PVA海绵，其组织再生的速度快于PVA海绵，新生组织的质量优于PVA海绵。由此可知，生物材料的化学组成对材料的血管化及其组织再生重要影响。 此外，结合体内外方法，进一步考察了体内环境对生物材料的修饰作用及其对细胞增殖和伤口愈合的影响，考察了材料性能对这种修饰作用的影响。结果表明，生物材料植入体内以后，体内环境会立即对材料进行修饰，这种修饰作用对细胞增殖活性及伤口愈合时间及愈合质量有重要影响。多孔丝素蛋白材料和PVA海绵的比较表明，材料的表面化学组成及表面形态结构不同，体内环境的修饰效果也就不同。 最后，通过定义残余材料面积百分比、降解材料面积百分比和组织再生面积百分比来半定量描述生物材料的降解程度和组织再生情况，通过生物材料降解曲线与组织再生曲线来比较材料降解速率与组织再生速率之间的协调性。从而提出了一种判定生物材料降解速率与组织再生速率之间协调程度的半定量方法。经过初步的实验验证，这种方法的评价结果与形态学观察结果一致，说明该方法简便、快速、可行。 总之，本研究通过观察多孔生物材料血管化过程，进一步分析了生物材料血管化与组织再生之间的关系。通过体内外方法对生物材料的体内修饰作用及其对细胞增殖和伤口愈合的作用进行了考察，通过比较多孔丝素蛋白材料和PVA海绵不同的修饰结果，表明生物材料的化学组成及表面形态结构对体内修饰作用的效果有重要影响。最后，本文提出了一种评价材料降解速率与组织再生速率协调性的半定量方法，考察了生物材料降解与组织再生之间的关系。期望本文研究结果能够为生物材料的血管化和组织再生提供实验依据，为血管新生、伤口愈合等基础理论研究提供参考，为进一步建立生物材料与组织再生之间的量化模型提供基础。