生物电活性膜的制备及促成骨机制研究

人体硬组织形成所依赖的电环境，为仿生设计具有生物电相容性的骨修复材料提供了重要依据。目前生物电相容性的材料研究较少，而且多不可吸收。本研究依据骨组织负电位成骨的特性及电刺激对成骨过程的促进作用，将具有良好降解性能、抗菌止血促进伤口愈合作用的壳聚糖作为基材，通过栅控恒压电晕极化，制备具有电活性的梯度多孔壳聚糖生物负极性膜，应用于骨组织工程，骨缺损的修复再生。本研究采用表面电位检测该生物电活性膜极化、储存空间电荷的能力；进行大鼠成骨细胞及骨髓基质细胞接种培养和成骨相关基因、蛋白的分子生物学鉴定，检测该电活性膜在体外环境中与骨组织的电学匹配性，促进细胞黏附、增殖和分化的发生机制；用兔颅顶缺损模型，采用MicroCT、原位杂交、免疫组化等观察该电活性膜体内促进骨组织生长的功能。本研究不仅有望在电活性材料的应用方面取得突破性进展，而且为促成骨修复材料的设计提供新策略。

我国每年因各类事故、疾病引起的骨缺损或骨损伤的患者众多，生物骨材料可以恢复缺损或缺失硬组织的外形和功能，人体硬组织形成所依赖的电环境，为仿生设计具有生物电相容性的骨修复材料提供了重要依据。目前生物电相容性的材料研究较少，而且多不可吸收。本研究依据骨组织负电位成骨的特性及电刺激对成骨过程的促进作用，将具有良好降解性能、抗菌止血促进伤口愈合作用的壳聚糖作为基材，通过栅控恒压电晕极化，制备具有电活性的梯度多孔壳聚糖生物负极性膜，应用于骨组织工程，骨缺损的修复再生。本研究通过理化性能检测、仿生矿化实验、细胞复合培养、体内植入实验等系统地评价了该电活性材料的理化性能及生物学效应，获得了新型电活性膜的最优极化条件，通过材料结构以及极化条件的改进，提高储存电荷的能力，体外细胞复合培养及体内植入兔颅顶缺损修复实验证实了该种材料的促进骨组织缺损修复效果。本课题从生物体电学相容性角度，利用骨的电生理特点，充分发挥骨组织自我修复潜力，研究具有负电活性的，可降解的电活性材料，主动诱导、激发骨组织再生，成为硬组织修复材料设计的新策略，探索负极性驻极体材料促成骨作用的机制不仅为其作为骨组织缺损修复材料的应用奠定了基础，而且对于硬组织修复材料向仿生设计方向发展也具有重要意义。