导　　师： 周长忍

学科专业： H31

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 暨南大学

摘　　要： 通过物理、化学、生物等各种技术手段改善材料表面性能，可大幅度提高生物材料与生物体的相容性，是促进材料表面与生物体之间的有利相互作用、抑制不利相互作用的关键途径。本研究以聚乳酸材料为基材，对其表面进行功能化设计，研究功能化表面对蛋白分子吸附/解吸附性能和细胞/组织相容性的影响。 本研究采用碱水解处理和氨等离子体处理的方法、表面截留法和体外生物矿化的原理在聚乳酸材料表面得到3类功能化的表面：小分子活性基团功能化的表面；生物大分子仿生修饰的表面；钙磷涂层修饰的表面。通过各种分析技术对功能化表面的物理化学性能进行了表征。研究结果表明，在小分子活性基团功能化过程中，通过控制表面处理的条件(碱浓度、水解时间，处理功率、处理时间)，可以控制材料表面的亲水性、活性基团密度和表面粗糙度。生物大分子仿生修饰研究结果表明，通过表面截留技术成功地得到壳聚糖、羧甲基壳聚糖、亚甲基磷酸化壳聚糖，肝素，透明质酸和硫酸软骨素修饰的聚乳酸表面。在聚乳酸表面钙磷涂层修饰实验中，羧基化的聚乳酸表面够较快的诱导聚乳酸表面钙磷涂层的生成，生成的钙磷涂层由具有纳米尺寸的晶体构成的基质和颗粒组成，钙磷涂层的主要成份是结晶比较松散的羟基磷灰石。 在生物相容性研究中，研究的主要内容是细胞和组织相容性，而对于其基础——蛋白质的吸附研究的很少，然而从生物学角度来说，细胞在生物材料表面的粘附，增殖以及分化是由蛋白介导的，考察材料的表面对蛋白吸附/解吸附性能的影响对于提高细胞/组织相容性的认识具有重要意义。本研究以功能化的聚乳酸表面为基础，选择与细胞粘附最相关的3种蛋白(纤粘连蛋白FN，层粘连蛋白LN，玻粘连蛋白VN)用于吸附/解吸附性能研究。采用125I同位素标记的方法，研究了3种蛋白在功能化聚乳酸表面上的吸附/解吸附性能。首先，分别考察了3种蛋白在不同功能化表面等温吸附和吸附动力学。其次，研究了不同浓度牛血清白蛋白(BSA)、胎牛血清(FCA)和3种蛋白在功能化聚乳酸表面的竞争吸附性能。最后，对吸附在功能化聚乳酸表面的3种蛋白在BSA溶液中的解吸附性能进行了研究。单一蛋白的等温吸附和吸附动力学研究表明，在本实验的浓度和时间范围内，蛋白浓度和功能化的表面对蛋白平衡吸附量和吸附速率的影响很大；其次，BSA和血清的加入竞争性的减少了功能化表面对蛋白的吸附，且随BSA和血清浓度的增加竞争的影响越大。最后，3种蛋白在BSA溶液中的解吸附性能研究表明，功能化的聚乳酸表面对蛋白的解吸附速率和解吸附后的平衡吸附量的影响很大。总体来讲，在生物大分子修饰的表面上，BSA和血清对3种蛋白的吸附和解吸附影响较小，最终平衡吸附量减少的程度较小；同样，吸附在生物大分子修饰的表面上的蛋白，在BSA溶液中的解吸附速率较慢，最终的平衡吸附量减少的程度较小。 在与细胞的相互作用研究中，考察了3种功能化表面和FN、LN和VN吸附后的聚乳酸表面对原代成骨细胞的粘附性能，增殖率及相对活力以及细胞周期的影响。同时研究了也成骨细胞在表面功能化的支架材料上的三维培养的情况。研究结果表明，与PLLA材料相比，功能化的和蛋白预吸附的聚乳酸表面都不同程度的提高了细胞的粘附率、增殖率及相对活力，有的甚至都超过了细胞培养板(TCPS)表面的粘附率；与聚乳酸材料相比，功能化的和蛋白预吸附的聚乳酸表面都能不同程度的刺激细胞进入S期和G2/M期，减少成骨细胞在G1/G0期的滞留时间，促进细胞的增殖。三维培养结果表明，在功能化的聚乳酸支架的表面和内部，细胞的生长状态非常旺盛，分泌大量的细胞外基质。 在与组织的相互作用研究中，首先研究了吸附了3种蛋白的聚乳酸支架与植入周围肌肉组织的相互作用。其次，将表面功能化的聚乳酸支架与成骨细胞复合培养后植入裸鼠皮下，观察植入复合物在裸鼠体内纤维包囊的生成及成骨细胞在支架内的生长情况。研究结果表明，与聚乳酸支架相比，蛋白预吸附的支架表面明显减少了纤维包囊的生成，同时也减少炎症细胞的浸润，提高了支架材料的组织相容性；与聚乳酸支架相比，3种表面功能化的聚乳酸支架与成骨细胞复合物的表面均无明显的纤维包囊形成，成骨细胞在支架内部的生长状态良好，有类似骨小梁的结构形成。 总之功能化的聚乳酸表面能够调节蛋白吸附/解吸附，促进细胞粘附和增殖，同时提高了其组织相容性。

关 键 词： 聚乳酸 蛋白吸附 细胞相容性 组织相容性

分 类 号： [Q507]

领　　域： [生物学]