含有碳纳米管的三维多孔骨组织工程支架材料的研究

组织工程能实现骨的再生。支架材料是组织工程中最基本的部分。已有研究表明碳纳米管（CNTs）与骨关联细胞相容性好且能通过吸附大量特定蛋白促使其向成骨质细胞分化、能促进骨组织生成；天然骨的主要无机成分，纳米羟基磷灰石能在CNTs上自组装形成。但至今尚未有在一个系统内同时研究CNTs成骨性和毒性的报道。在本项目中，申请人拟在现有工作的基础上，基于组织工程支架材料性能和结构的要求，制备一类含有CNTs的三维多孔材料，研究存在于该材料结构中的CNTs是否对材料中其它组分的降解以及生物相容性产生影响；是否仍有助于骨关联细胞向成骨质细胞分化；植入骨缺损后，是否有助于新骨生成和骨缺损的修复；是否对其植入部位的周围组织以及通过扩散对植入体的主要器官产生不良影响和毒副作用，如有影响，能否通过调整和控制制备参数，使得存在于该材料结构中的CNTs只有助于骨组织生成而不具有明显毒性，以使该支架材料适用于骨组织工程。

制备了一类新型的含碳纳米管的三维多孔骨组织工程支架材料，碳纳米管/聚乳酸/甲壳素纤维。为了进一步改善材料性能，采用了蛋白交联试剂 N, N’- 二环己基碳酰亚胺交联甲壳素纤维和聚乳酸。测定了材料的孔隙性和力学性能；通过接触角和吸水率实验，比较了含有不同量碳纳米管的材料的亲水性；测定了材料PBS浸泡液的pH值。对不同碳纳米管含量的材料进行了动态流变特性的研究，进而从材料制备的角度确定了碳纳米管的最大加入量。研究了存在于该三维多孔材料结构中的碳纳米管对材料中其它组分降解的影响。研究了存在于该三维多孔材料结构中的碳纳米管对材料的细胞相容性，尤其是骨关联细胞向成骨质细胞分化的影响。研究了存在于该三维多孔材料结构中的碳纳米管是否有助于新骨生成；是否对其植入部位的周围组织，以及是否通过扩散对实验动物的主要器官产生不良影响和毒副作用。.实验结果分析表明，所制备的含有碳纳米管的三维多孔支架材料具有较高的孔隙率，孔隙率能达到80%以上；既含有200μm以上的较大孔隙，以有助于细胞、血管和组织等的长入；又含有10μm以下的微孔，以有助于增大材料的表面积、增强蛋白吸附能力从而促进骨组织生成；通过化学交联，提高了材料的结构均匀性以及力学性能；所制备材料的亲水性良好。碳纳米管的加入不会对材料其它组分的降解速率产生明显影响；随着该材料降解的进行，其表面和内部能够出现大量可吸附活性蛋白的微孔；碳纳米管的加入有助于整个材料在降解过程中保持其压缩强度，从而使材料在体内更好地发挥结构支撑作用，以利于新骨组织长入。该含有碳纳米管的三维多孔材料具有较好的细胞亲和性；材料的三维多孔结构适合细胞生长；尽管碳纳米管的加入降低了细胞在材料的粘附性，但是不会对其增值产生明显影响。重要的是无论从基因表达水平还是从蛋白表达水平都说明了碳纳米管的加入促进了与材料共培养的细胞向成骨质方向分化。碳纳米管的加入能够显著促进体内新骨生成。随着碳纳米管含量的增高，材料所植入的骨缺损修复和骨愈合效果越好。该含有碳纳米管的三维多孔支架材料不会对其植入部位的周围组织和实验动物的主要器官产生不良影响和毒副作用。.本课题所制备出的骨组织工程支架材料既成本低廉又性能优良，有望用于大众患者，有很大的经济效益并对社会稳定、健康发展具有重要意义。在本基金项目的资助下，发表了14篇SCI文章；申报了3项国家发明专利；培养了3名研究生。