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摘要气管病变可由外伤、肿瘤、气管软化等原因引起，切除病变气管并行端-端吻合被普遍认为是最有效的手术方式。当气管环切长度超过成人总长的1/2或婴幼儿的1/3时，由于张力等原因需行气管替代治疗。组织工程将种子细胞、支架材料和细胞因子有效结合，从而修复相关组织缺损，进行器官重建。3D打印技术仿生制造的器官、组织具有较好的生物力学特性和细胞相容性，弥补了传统组织工程的缺点与不足。随着对可吸收生物材料的研究深入，其开发应用已成为当前组织工程和生物医用材料的研究重点。近年来，聚已内酯(PCL)材料在3D打印气管中备受瞩目。但PCL表面疏水性极大地影响了细胞与材料的相互作用，进而影响细胞在材料表面的粘附、增殖等行为。表面修饰可以在不影响材料原有性能的同时，提高表面亲细胞性。材料的多孔结构可以为种子细胞提供更好的营养输送，加强细胞间的交流，进而提高种子细胞的存活率。本研究旨在通过3D打印技术制备PCL多孔气管支架，评价其生物力学性能;遴选适宜的孔径大小及表面修饰方法，探讨其对细胞粘附、增殖行为的影响;通过体内埋植实验，评估所构建材料的生物相容性及免疫排斥反应，从而为体内气管移植寻求更合适的支架材料。<br>　　本文主要从以下几个部分展开论述：<br>　　第一部分 3D打印气管的制备及生物力学性能检测<br>　　目的：<br>　　利用3D打印技术制备PCL多孔气管支架并评价其生物力学性能。<br>　　方法；<br>　　1.利用3D打印技术制备PCL多孔气管支架;<br>　　2.采用纵向拉伸、径向压缩和三点弯曲试验评价PCL气管的生物力学性能。<br>　　结果：<br>　　1.3D打印PCL气管支架具有与兔新鲜气管相似的形态结构;<br>　　2.3D打印PCL气管支架的生物力学性能明显优于新鲜气管，且与孔径大小成反比。<br>　　结论：<br>　　1.3D打印技术可成功制备PCL多孔气管支架;<br>　　2.3D打印PCL气管支架具有良好的生物力学性能。<br>　　第二部分 3D打印气管的孔径大小遴选与表面修饰<br>　　目的：<br>　　遴选3D打印气管适宜的孔径大小和表面修饰方法。<br>　　方法：<br>　　1.通过水解、胺化和纳米二氧化硅修饰对支架材料进行表面改性;<br>　　2.通过能谱分析、电镜扫描等物理性能测定评价其表面修饰效果;<br>　　3.通过CCK-8检测不同孔径和修饰方法对细胞粘附、增殖行为的影响;<br>　　4.通过电镜扫描观察细胞与支架共培养的微观结构。<br>　　结果：<br>　　1.气管支架孔径大小为200μm更适合细胞的粘附与增殖;<br>　　2.与水解、氨化的修饰方法相比，纳米二氧化硅修饰后的支架表面更加光滑，修饰效果更佳;<br>　　3.纳米二氧化硅修饰后气管支架的亲细胞性明显改善，更利于细胞粘附与增殖。<br>　　结论：<br>　　1.3D打印PCL多孔气管支架管壁适宜孔径大小为200μm;<br>　　2.纳米二氧化硅修饰为适宜的表面修饰方法。<br>　　第三部分 3D打印气管的生物相容性与免疫排斥反应评价<br>　　目的：<br>　　评价孔径为200μm的3D打印气管经纳米二氧化硅修饰后的生物相容性及免疫排斥反应。<br>　　方法：<br>　　1.体外细胞毒性试验检测修饰后3D打印气管的生物相容性;<br>　　2.动态监测受体体内血常规和血清免疫球蛋白的变化;<br>　　3.对埋植物行组织学分析;<br>　　4.免疫组织化学染色检测埋植物CD68及MHC-Ⅰ、Ⅱ抗体的表达量。<br>　　结果：<br>　　1.体外细胞毒性试验显示，修饰后的气管支架周围BMSCs生长良好，具有良好的生物相容性;<br>　　2.实验动物的白细胞在术后一周左右达到高峰，随后消退;IgM峰值出现早于IgG，符合体液免疫应答抗体产生的规律;<br>　　3.新鲜气管埋植术后30d的HE染色显示，软骨基质结构扭曲、紊乱，软骨陷凹内空虚，外壁可见大量深染的炎细胞浸润，而内壁可见致密排列的纤维，有出血坏死及炎症细胞;而PCL多孔气管支架在30d时炎症反应较15d时明显消退，肉芽组织内纤维排列较前疏松，有核细胞数量显著减少;<br>　　4.新鲜气管埋植术后30d的免疫组化染色显示，新鲜组气管基质折叠断裂，软骨陷凹内的细胞核消失，管腔内侧炎症细胞数量较前增多，局部有出血坏死表现;管腔的结缔组织外侧也可见CD68及MHC-Ⅰ、Ⅱ抗原表达阳性的细胞分布，细胞膜呈棕色;术后30d，PCL多孔气管支架以排列规则的梭形细胞核为主，阳性细胞数较15d时显著减少，肉芽组织内可见新生血管形成，血管内皮细胞核呈类圆形排列。<br>　　结论：<br>　　孔径为200μm的3D打印气管经纳米二氧化硅修饰后具有良好的生物相容性和低免疫原性。