魔芋葡甘聚糖/透明质酸钠纤维支架材料的研究

Konjac glucomannan derives from the Chinese endemic species of Araceae Amorphophallus. Konjac species are at most in Yunnan，China. Konjac glucomannan is a straight-chain plant polysaccharides with branched-chains, whitch has such advantages as good cross-linking, simple molding, certain strength and toughness,etc. Hyaluronic acid as an important cartilage matrix proteoglycan plays an important role in maintaining the chondrocyte phenotype and promoting cartilage mechanism secretion,etc. Based on the advantages of the two materials, the preparation methods and scientific principles of konjac glucomannan / hyaluronic acid composite fiber scaffolds will be reseached in this proposal,such as the correlation between the material composition, micro-porous structure and material biomechanical performance and its cross-linking mechanism; The in vitro degradation and compatibility of the scaffolds with bone marrow mesenchymal stem cells(cell adhesion, proliferation and toxicity) will be investigated; The in vivo degradation and compatibility of will be observed with the help of animals model (mice) and in vivo differentiation expression of bone marrow mesenchymal stem cells in scaffolds will be verified with animal model（rabbit）and histology. Through research, the preparation process and mechanical properties of the scaffold will be improved. The data of compatibility and degradability of the scaffolds in vitro and in vivo will be collected. These informations were very crictical for the scaffolds to be apllied in the cartilage regeneration.

魔芋葡甘聚糖源于中国特有物种天南星科的魔芋，魔芋在中国以云南种属最多。魔芋葡甘聚糖是一种带有支链的直链植物多糖，有交联性好、成型简易、有一定强韧性等优点，透明质酸作为软骨基质中重要的蛋白多糖，在维持软骨细胞表型、促进软骨机制分泌等方面发挥了重要的作用。利用以上两个材料的这些优点，研究魔芋葡甘聚糖/透明质酸复合纤维支架材料的制备方法及科学原理，如该支架材料成分、微观多孔结构和材料的生物力学性能之间的关联性及其交联机制；支架材料在体外的降解性和与骨髓间充质干细胞的体外相容性（细胞粘附性、增殖性和毒性）；该支架在动物（小鼠）体内环境下的降解性、相容性以及骨髓间充质干细胞在支架与体内(兔)微环境下的分化表达。通过研究，完善材料的制备工艺，改进支架的生物力学性能，初步获得体内外支架材料的相容性和降解性，为材料作为软骨修复支架进行基础性工作。

为制备适用于关节软骨损伤修复的软骨组织工程支架材料，本项目以魔芋葡甘聚糖（KGM）和透明质酸钠（SH）为核心，利用纺丝技术结合交联处理充分发挥两者的优势，制备了KGM/SH复合纤维支架。全面地、系统地研究了支架成分、微观多孔结构和材料的物理、生物力学性能以及降解率之间的关联性及其交联机制；复合支架在体外/体内的降解性和细胞粘附性、增殖和毒性；骨髓间充质干细胞在体内微环境下的分化表达。主要的研究成果如下：获得了孔径为100~500 μm, 孔隙率满足70%~90%，适合软骨细胞生长的多孔三维结构的KGM/SH复合纤维支架材料以及调控上述参数的工艺理论；通过正交试验获得了KGM/SH多孔纤维膜支架物理、力学性能最优的制备工艺、原料及工艺对其的影响规律和相关强化机制；获得了交联处理下KGM与SH的复合机理以及交联处理对支架热稳定性和结晶度的影响；获得了原料及制备工艺对KGM/SH复合纤维支架降解性的影响规律并通过控制上述参数实现了对支架降解过程的调节；复合支架在1~5个月表现出良好的降解性；获得支架材料对干细胞粘附、增殖、毒性的影响规律以及生物学综合性能评价；通过优化，制备的KGM/SH复合纤维支架的三维网状结构好，孔隙率高；其力学性能匹配且降解可控；表现出较好的生物相容性和生物活性。本项目共培养了硕士研究生12名和博士研究生1名；研究成果用以发表科研论文25篇，包括17篇期刊论文和8篇会议论文（EI收录17篇）；并申报了16项专利（已授权7项），为开发软骨组织工程支架材料积累了丰富的理论经验和科学基础。在本项目的支持下；课题组购进SS-1334型静电纺丝设备1台并完成了无菌超净生物培养试验室的建设改造；课题组成功获批昆明理工大学生物功能材料学科方向团队；并进一步加深与意大利骨科研究所、成都军区昆明总医院、昆明医学院附属第二医院等单位的科研合作；同时与云南白药集团股份有限公司达成合作协议，开展为期3年共30万元的校企合作项目。