复合Osterix基因的生物玻璃/PCL硬组织工程支架的研究

Mesoporous bioglass fibers consisit of CaO-P2O5-SiO2 triad system will be prepared using sol-gel technique and electrospinning method. The fibers can be used as the inorganic phase in the tissue engineering scaffold to improve the mechanical and biological properties of the materials. Plasmid vetors containing Osterix target genes will be prepared using gene recombination technology, then nanospheres compounded with plasmid DNA can be prepared using chitosan as the carrier for gene expression. The nanosperes can be used to endow the bone repair materials with bio activation. Emulsion system consist of bioglass nanofibers, gene vector microspheres and PCL will be use to produce scaffold for bone tissue engineering using thermally induced phase separation technique. The rules and effect of the micro structure, size and fiber orientation of the bioglass fibers, the size and processing parameter of the plasmid microsphere on the mechanical properties, bioactivity, degradation rate, Ion releasing kinetics and gene regulatory properties of structural materials will be analyzed. We hope to provide new thought and theory for the design and preparation method for the bone repair materials and scaffold.

结合溶胶-凝胶技术和静电纺丝技术制备CaO-P2O5-SiO2三元系统介孔生物玻璃微纳米纤维，并以其作为组织工程支架材料的无机基相，用于提高材料的力学强度及生物活性。利用基因重组技术制备载有骨细胞调节因子Osterix目的基因的质粒DNA，并以壳聚糖作为基因表达载体，制备出包埋有质粒 DNA 的壳聚糖纳米微球，作为骨修复材料中的添加相，用以改善材料的细胞学特性。配制由生物玻璃微纳米纤维、基因载体微球和PCL等材料构成的乳液体系，利用热致相分离法制备复合OGP质粒DNA的生物玻璃/PCL仿生骨组织工程支架。研究生物玻璃微纳米纤维的微细结构、介孔大小及形貌、分布取向以及质粒微球的粒径尺寸、工艺条件等因素对材料力学性能、生物活性、降解速率、离子释放动力学以及基因调控特性的影响规律及机理。通过上述研究为仿生骨修复材料及支架的设计与制备提供新的思路和理论依据。

生物玻璃具有较高的生物活性，与骨结合强度较强，在人体生理环境中可以迅速通过玻璃表面的Na+、Ca2+等元素溶出以及水中H+进入玻璃表面，在玻璃表面形成带有负电的硅酸凝胶层，进一步在生物玻璃表面形成类骨碳酸羟基磷灰石层（Hydroxyl-Carbonate-Apatite, HCA），增强材料界面的细胞响应，促进成骨细胞或其前体-骨祖细胞的增殖和分化，促进骨生成的作用。近几年来的研究发现，生物活性玻璃能够在基因水平调控细胞反应,刺激骨细胞中某些基因的表达。利用生物玻璃的这些性质，有助于研究开发出具有刺激、响应、介导骨组织自我修复再生的第三代生物医学材料。如果能够利用最新的生物医学材料制备及成型加工工艺技术，结合基因转染、生物组装及表面修饰等技术实现精确调控材料与细胞之间的相互作用，有可能为骨修复材料和骨组织工程支架的研究和应用提供新的研究思路和方法。.本项目结合溶胶-凝胶技术和静电纺丝技术制备CaO-P2O5-SiO2三元系统介孔生物玻璃微纳米纤维，并以其作为组织工程支架材料的无机基相，用于提高材料的力学强度及生物活性。利用基因重组技术制备载有骨细胞调节因子Osterix目的基因的质粒DNA，并以壳聚糖作为基因表达载体，制备出包埋有质粒 DNA 的壳聚糖纳米微球，作为骨修复材料中的添加相，用以改善材料的细胞学特性。配制由生物玻璃微纳米纤维、基因载体微球和PCL等材料构成的乳液体系，利用热致相分离法制备复合Osterix质粒DNA的生物玻璃/PCL仿生骨组织工程支架。研究生物玻璃微纳米纤维的微细结构、介孔大小及形貌、分布取向以及质粒微球的粒径尺寸、工艺条件等因素对材料力学性能、生物活性、降解速率、离子释放动力学以及基因调控特性的影响规律及机理。通过上述研究为仿生骨修复材料及支架的设计与制备提供新的思路和理论依据。.本课题主要研究内容和结论包括以下几点：.（1）制备出生物相容性好，表面结构及介孔尺寸大小可控的、具有高生物活性的微纳米生物玻璃纤维。 .（2）建立生物玻璃微纳米纤维的离子释放动力学模型，揭示生物活性材料的微纳米结构—物理化学性质—离子释放动力学-HCA矿化活性之间的关系。.（3）Osterix基因质粒的制备、鉴定及新型质粒转染体系的建立。.（4）基因介导型复合骨修复体细胞学性能的研究。