纳米聚磷酸盐颗粒改性聚α-羟基酸类组织工程支架材料以中合其降解的酸性产物

聚α-羟基酸主要包括聚羟基乙酸(PGA),聚乳酸(PLA)及它们的共聚物PLGA，具有良好的降解性与生物相容性，是迄今为止在组织工程应用最广泛的可降解人工合成生物材料。在我们前期组织工程化肌健和软骨的体外构建中已经证明PGA和PLGA纤维是最适用这两种组织构建的支架材料。但是材料降解的酸性产物如排解不及时则会引起周围组织的炎症反应，并自催化加速降解导致崩解。本课题的目的就是在不影响PGA和PLGA原有生物相容性前提下，对支架材料进行改性以及时、持续地中和材料降解过程中产生的酸性产物。我们采用药物包裹的技术把预先制备的纳米尺径聚磷酸盐强缓冲剂引入材料内。在纳米颗粒释放的同时中合PGA和PLGA降解产生的酸性基团。本课题结合支架成型的加工方法，进一步探讨改性后三维支架材料构建肌健和软骨组织形成情况,并评价相应的生物相容性和对酸性降解而引起的炎症反应的有效控制程度。

聚乙醇酸（PGA）和聚乳酸(PLA)及其共聚物（PLGA）作为生物可降解材料广泛用于组织工程支架材料。降解方式主要是通过酯键水解，产生乳酸和乙醇酸低聚体或单体，会使周围微环境pH值降低。并且随着酸性物质的聚集，不仅会影响黏附在其上的细胞的生长和分化，并且会造成组织的局部炎症反应，严重影响组织修复效果。本课题的目的就是在不影响生物相容性的前提下，采用纳米聚磷酸钠颗粒对PGA和PLGA支架材料进行改性以及时、持续地中合降解过程中产生的酸性产物，从而消除其降解引起的非菌性炎症反应和自催化造成的中空崩解现象。课题首先研究了此类材料的降解性能，和改性采用的聚磷酸钠的聚合度，聚磷酸钠的用量，以及聚磷酸钠和PGA或PLGA的混合方式，还有聚磷酸钠的颗粒大小，对聚酯材料的降解影响。并结合三种典型的支架成型方法，进行了相应参数的优化。最终，对改性后的三维支架材料进行了体外细胞和体内生物体相容性评价和验证，并利用改性后的支架材料构建具有取向结构的硬脊膜组织（硬脊膜和肌腱组织类似，具有高度取向性，因此作为本课题改性有效性的最终评价标准），并进行了羊体内的硬脊膜缺损修复，评价改性方法对支架的组织构建影响和促进作用。我们通过实验证实不同聚合度的聚磷酸钠对PGA降解时的酸性中和能力不同，三聚磷酸钠（TPP）的改性效果最佳，能使PGA在体外降解时保持相对中性的pH值，并使PGA在体内降解时不会产生因酸性降解带来的崩解现象，而且消除因酸性降解引起的非菌性炎症反应。同时，我们发现通过乳液法和冷冻干燥来混合TPP和PLGA，可以获得均一的混合物，使TPP均匀分布于PLGA高分子链内部。改性物质可以通过熔融纺丝和静电纺丝，制备PLGA/TPP的微米或纳米纤维作为三维支架，当TPP的用量在PLGA的1/16或1/64时，TPP颗粒尺寸为100nm，均匀分布在PLGA纤维内部。PLGA/TPP复合纤维支架在整个降解过程中pH值都保持在7左右。细胞相容性实验表明，此复合纤维具有较好的生物相容性。此外，所制备的可注射型支架材料,PLGA/TPP微球，当TPP含量为PLGA的1/32时，不仅无酸性降解问题，又能作为生物活性分子的缓释体系。以成纤维细胞为种子细胞，PLGA/TPP静电纺丝纳米纤维膜为支架材料，复合后能用于修复羊硬脊膜缺损，体内改建过程中没有观察到无菌性炎症反应，材料中性降解，所修复硬脊膜样组织无粘连