基于MNBG/SF/PCL的双功能化引导组织再生膜的构建及其在牙周组织再生修复中的应用

The current research of periodontal guided membrane mainly focus on bone tissue regeneration, ignoring the repair of soft tissue and lacking of the ability of initiative mediating cell differentiation. To solve this problem, this project propose a "sandwich"structure of dual functionalized fiber scaffold to repair both soft and hard tissue simultaneously. The scaffold will use micro/nano bioactive glass(MNBG) as carriers of BMP-2 and PDGF and adding phase, silk fibroin(SF)and polycaprolactone(PCL)as the organic matrix, PCL/SF fiber membrane as the middle layer, after wrapped by orientated arrangement of MNBG-BMP-2/SF/PCL and MNBG-PDGF/SF/PCL fibers on both sides respectively, a dual functionalized scaffold will be prepared. Investigating the regulation mechanism of the morphology and multistage pore morphology of MNBG and their effects on the loading efficiency of growth factor, fiber morphology, degradability, bioactivity and mechanical properties. Studying the effects of physical, chemical and biological mediated on the proliferation and differentiation of periodontal ligament stem cells by orientated fiber structure, active ions release and growth factor and revealing the synergistic relationship between the three kinds of mediation. This work will provide new ideas and theoretical foundation for preparation and research of periodontal tissue regeneration scaffold.

目前牙周引导膜的研究多侧重于骨组织的再生，对软组织的修复关注甚少，且引导膜缺乏主动介导细胞分化的功能。为解决此问题，本项目拟构建一种兼顾软、硬组织修复的“sandwich”结构的双功能化纤维支架。采用微纳米生物活性玻璃（MNBG）为BMP-2和PDGF的载体作为添加相、丝素蛋白（SF）和聚己内酯（PCL）为基体，以SF/PCL纤维膜为中间层，内外层分别为取向排列的MNBG-BMP-2/SF/PCL和MNBG-PDGF/SF/PCL微纳米纤维，制备出双功能化纤维支架。研究MNBG形态结构及多级孔结构的调控机制及其对生长因子装载效率、复合纤维形貌、降解性、生物活性及力学性能的影响；研究纤维取向、活性离子和生长因子通过物理、化学和生物介导作用对牙周膜干细胞增殖、分化及细胞外基质沉积的影响，揭示三种介导方式间的协同作用关系，为牙周组织再生支架的设计及制备提供新的思路及理论依据。

目前牙周缺损的研究多侧重于骨组织的再生，对软组织的修复关注甚少，且修复材料缺乏诱导组织再生功能。本项目旨在构建可兼顾软、硬组织修复功能的双功能支架材料以期用于牙周组织的再生修复。选择具有良好生物活性和兼具软硬组织修复作用的生物活性玻璃作为支架材料的活性添加剂，选择具有良好生物相容性的聚己内脂、丝素蛋白或海藻酸钠以及甲基丙烯酸改性明胶为基体材料，通过静电纺丝或3D打印的方式制备引导组织再生膜或水凝胶支架，通过在支架中引入生长因子BMP2 和PDGF进一步增强支架成骨修复和软组织愈合能力。研究了生物活性玻璃的制备技术、理化性能与细胞相容性，可实现生物活性玻璃在材料组成、粒径大小、形貌结构的可控制备，所制备的生物活性玻璃具有规则的球形形态和良好的诱导磷灰石矿化能力，可为本研究中双功能支架的制备提供合格的原材料。通过静电纺丝技术，构建了生物活性玻璃/聚己内脂/丝素蛋白引导组织再生微纳米纤维膜，并通过改变接收装置实现无序和平行取向的纤维结构，两种纤维结构均具有良好的细胞相容性，细胞在无序纤维上铺展良好，在平行取向纤维上呈现与纤维方向一致的细胞形态。进一步的以海藻酸钠和甲基丙烯酸化明胶为基体材料，通过添加生物活性玻璃和生长因子（BMP2、PDGF）构建了复合水凝胶支架研究了其理化性能，并通过细胞学实验检测其成骨与促软组织修复能力，结果显示添加BMP2的水凝胶支架可促进成骨相关基因的表达，添加PDGF的水凝胶支架可促进软组织相关基因的表达。因此，通过本研究，结合生物活性玻璃、生长因子与活性高分子材料制备的水凝胶支架与引导组织再生膜在牙周软硬组织缺损中显示出较好的应用潜力。