胶原蛋白/普鲁兰多糖水凝胶微结构构建工程学及其生物相关性

Currently, hydrogels are one of the hot products of soft tissue filler material. The biological efficacy of soft tissue filler material mainly depends on the processing and the composition of material. Different processing would result in the significant change of structural of the hydrogels, of course, leading to the big difference on the mechanical properties, degradation and biological efficacy. Changing the conformational and the internal structure of the hydrogel by a chemical blending system and the docking methods of rigid and flexible molecular, of course, cause the difference on the cross-linking degree, swelling ratio, the elastic modulus, pore size distribution, the porosity and pore changes . The target is to reveal to the correlation between the process parameters (different proportions, viscosity, even the space segment structure, pH, temperature during the processing between pullulan with different molecular weights and human-like collagen) and materials physical, chemical properties, surface morphology, mechanical properties, degradation behavior, biology, and cell adhesion, proliferation. To interpretation the correlation of the rigid and flexible molecular docking and the change of structure conformational; the relationship between internal space structure of the hydrogel and mechaical strength, degradation behavior and tissue repair, the contribution of grafted hydrogels to soft tissue filler and repair process。This study would give a theoretical guidance and basis on the soft tissue filler and repair to reach a better clinical application.

水凝胶是目前软组织填充材料产品的研究热点之一，软组织填充材料的生物学功效取决于材料加工过程和材料本身。不同的加工过程导致材料的内部结构差异很大，从而引起力学性能，降解性能和生物学功效的变化。通过化学共混和刚性分子与柔性分子对接的方法改变水凝胶的内部结构以及体系的构想变化，从而引起交联度、吸水率、弹性模量、孔径分别、孔隙率以及孔的贯通性的变化。本研究旨在阐释水凝胶在构建过程中工艺参数即不同分子量的普鲁兰多糖以及衍生物，类人胶原蛋白溶液的不同配比、粘度、空间连段结构、pH、温度等与材料的物理化学特性、表面形貌、力学性能、降解行为、生物学功效以及细胞粘附和增值的关系，解释刚性分子和柔性分子对接与结构构象变化的相关性；水凝胶的内部空间结构对水凝胶力学强度、降解行为以及组织修复的相关性；阐释接枝后的水凝胶对软组织填充和修复过程的贡献。为工业化生产过程中用于软组织填充及组织修复提供理论依据。

多糖类与类人胶原蛋白在不同交联剂下制备出各种水凝胶作为一种可降解大分子生物材料，对其进行微结构构建工程学及生物相容性研究。目前研究中，不同分子量的普鲁兰多糖和类人胶原蛋白在高碘酸钠作用下制备出普鲁兰多糖水凝胶和普鲁兰多糖/类人胶原蛋白水凝胶。水凝胶体内和体外性能研究显示该制备的普鲁兰多糖/类人胶原蛋白水凝胶植入后炎症反应较小，促进细胞的增殖和延迟材料的降解，而且能够加快组织修复。实验选择1，4-丁二醇二缩水甘油醚作为新的交联剂，交联不同分子量的普鲁兰多糖与类人胶原蛋白，制备出可注射的水凝胶，包括PB10，PBH10，PB53和PBH53水凝胶。实验结果证实经过抗压后制备出的PBH53水凝胶的弹性模量、弯曲变形和抗压载荷高于其它水凝胶。此外，PBH水凝胶的细胞实验结果显示对成纤维细胞存活率高于PB水凝胶。在体内皮肤注射实验显示PB和PBH水凝胶颗粒具有良好的生物相容性和抗降解能力。因此，PB和PBH水凝胶安全性高，适合用于皮肤组织修复、软骨修复和其他组织工程领域。对普鲁兰多糖改性制备水凝胶是本研究中的一个创新。由陕西省微生物研究所制备的羧甲基化普鲁兰多糖，分子量为530,000g/moL。1，4-丁二醇二缩水甘油醚作为交联剂，成功制备出PCB和PCBH水凝胶，具有高度稳定性，适合组织工程的应用。羧基化的普鲁兰多糖具有高的反应活性、高的选择性和温和的反应条件。PCB和PCBH水凝胶注射到小鼠皮下24周后，其组织与水凝胶的酶反应活性和细胞粘附活性比透明质酸高。同时，体内和体外实验结果显示PCBH水凝胶的生物相容性、细胞相容性和抗降解能力较PCB水凝胶温和。所以羧基化的普鲁兰多糖制备的类人胶原蛋白水凝胶也可以适用于组织工程领域。