摘要目的:<br> 构建合适的牙髓再生生物支架材料一直是口腔医学领域的一个重大挑战。考虑到根管系统复杂且不规则的解剖结构,可注射性水凝胶作为牙髓再生的细胞载体受到了广泛的关注。本研究从仿生学的角度出发,通过模拟细胞外基质的蛋白质和多糖成分,构建了一种可注射的丝素蛋白(SF)/透明质酸(HA)共聚水凝胶,并评估了其作为干细胞输送载体的能力。为了实现丝素蛋白和透明质酸两种成分的有效光交联,分别在上面接枝高活性的酰胺键,从而赋予它们光交联的能力。Irgacure2959被用作光聚合过程中的光引发剂混入前体溶液中,然后在紫外光照射下聚合形成水凝胶。随后,研究了丝素蛋白/透明质酸共聚水凝胶的一系列性能,如凝胶化时间、机械性能、降解性能、表面形态和孔隙率。此外,还研究了水凝胶搭载人牙髓干细胞的活性、增殖和牙源性分化能力,以证明其作为牙髓再生组织工程支架材料的潜力。<br> 方法:<br> 1.本研究首先制备了酰胺化的再生丝素蛋白(RSFMA)和透明质酸(MeHA),从而使它们具备光交联的能力。利用傅立叶红外光谱仪(Fouriertransforminfrared,FT-IR)和核磁共振氢谱(1HNuclearMagneticResonanceSpectra,1H-NMR)进行测定和分析,探究在当前实验条件下,不同含量的甲基丙烯酸缩水甘油酯(Glycidylmethacrylate,GMA)和甲基丙烯酸酐(methacrylicanhydrideMA)在SF和HA上的酰胺键接枝效率。<br> 2.在此基础上,通过紫外光控制交联的方法制备RSFMA/MeHA共聚水凝胶,并探究不同含量的SF对共聚水凝胶各项理化性能的影响。利用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、X射线衍射(X-raydiffraction,XRD)、X射线光电子能谱仪(X-rayphotoelectronspectroscopy,XPS)、扫描电镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)、万能材料试验机和排液法对水凝胶的交联程度、二级结构、元素的化学结构状态、水凝胶支架的形貌、力学性能、孔隙率进行表征和分析,比较不同的SF含量对共聚凝胶理化性能的影响。<br> 3.用共聚水凝胶包裹人牙髓干细胞(HumanDentalPulpStemCells,hDPSCs)进行3D培养,通过激光共聚焦显微镜(Confocallaserscanningmicroscope,LSCM)及CCK-8法检测包裹于凝胶中细胞的生长及增殖情况;最后,将人牙髓干细胞接种于共聚凝胶内进行成牙本质诱导,通过碱性磷酸酶(Alkalinephosphatase,ALP)细胞染色、茜素红染色(alizarinredS,ARS)和钙(Ca2+)半定量以及实时定量PCR测定分析,评价水凝胶支架材料的体外细胞生长及成牙本质诱导能力。<br> 结果:<br> 1、经红外光谱(FT-IR)和氢谱(1H-NMR)测定分析,证实了在当前的工艺条件下,能够成功制备出酰胺化的丝素蛋白。对核磁共振谱图进行量化分析,结果表明丝素蛋白上的酰胺化程度随着GMA作用的增加表现为先升高后降低,当GMA浓度在428mM时的酰胺化程度最高,可达39.7%。其次,利用核磁共振氢谱(1H-NMR)对改性前后的透明质酸进行表征,结果显示透明质酸分子得到了有效的改性,定量计算结果表明透明质酸分子上酰胺键的修饰度可达40.7%。<br> 2、在上述研究的基础上通过紫外光驱动交联的方法制备了RSFMA/MeHA共聚凝胶。对共混物转化为水凝胶所需的时间进行了测定,结果表明凝胶时间主要受MeHA含量变化的影响,当MeHA浓度为1%时,凝胶时间可控制在5min左右。通过核磁共振氢谱和傅立叶红外光谱测定了水凝胶的交联程度,结果表明80%的酰胺键参与了交联反应。SEM结果显示,丝素蛋白与透明质酸融合良好,凝胶孔径随着RSFMA含量的增加而逐渐变大,不同比例的共聚凝胶均具有典型的三维孔隙结构,孔隙分布均匀且相互连通。XRD与FT-IR结果显示,不同比例的凝胶组均以无定型聚合物为主。压缩力学测试结果表明水凝胶的压缩破坏强度及破坏应变与凝胶的交联程度及RSFMA的加入有关,适当浓度的RSFMA可有效提高凝胶的力学性能。<br> 3、体外相关细胞实验结果表明,细胞在凝胶中分布均匀并保持着良好的形态,在不同的培养周期下,凝胶内的细胞数量均有一定的增长,表明其具有良好的细胞相容性。在体外进行成牙本质诱导分化试验,发现在培养7天和14天后,载有细胞的共聚水凝胶的ALP测定与茜素红染色结果一致,各组材料成骨分化均随着时间的推移而增加,此外,1%MeHA/3%RSFMA实验组ALP活性以及钙盐沉积明显优于其它对照组(P<0.05)。<br> 结论:<br> 本研究利用紫外光驱动聚合物交联技术,安全便捷地获得了包埋hDPSCs的RSFMA/MeHA共聚水凝胶。水凝胶前体液可原位形成凝胶,可适应各种不规则的结构,表现出良好的腔洞填充性能。hDPSCs可以很好地耐受用于水凝胶生产的光交联反应。此外,合适浓度的RSFMA/MeHA共聚水凝胶可刺激hDPSCs的成牙本质标志物的表达和矿化基质的沉积。因此,载有细胞的光交联RSFMA/MeHA共聚水凝胶具有巨大的牙髓再生应用潜力。
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