前后表面差异化多层自组装膜修饰的新型人工角膜的表面理化特性及生物相容性机制研究

人工角膜往往是严重角膜疾病患者最后的复明希望，但因其生物相容性欠佳导致的术后并发症限制了其临床应用。本项目旨在通过静电层层自组装技术构建前后表面差异化改性的新型人工角膜，即前表面组装促细胞粘附分子促进粘附以支持上皮化、后表面组装高度亲水的透明质酸抑制粘附以防止人工角膜后膜发生，通过表面理化特性表征、本体性能评估、并发症相关离体细胞生物学行为的考察，阐明生物大分子-材料表面特性-细胞生物学行为三者间的相互作用规律，并对组装模式进行反馈优化；进而建立兔眼碱烧伤模型植入新型人工角膜，并联合组织工程化角膜上皮片移植，术后观察减少并发症的实际作用效果，并通过微观形态学、细胞生物学技术细致探究其对上皮化、后膜生成、炎症创伤修复过程的影响及分子机理，揭示新型人工角膜生物相容性优势的内在机制。这种新型人工角膜能有效提高生物相容性，减少术后并发症，为角膜替代物的研究和国产人工角膜的自主创新开辟了新思路。

至今为止，人工角膜的主流设计仍集中于“中心-裙边”的设计，中心的透明光学部分目前因其单一表面结构无法满足复杂的生理环境需求而容易引起前后表面相关的并发症，包括前表面永久性上皮缺损和后表面人工角膜后膜的形成；而用以维持光学中心的稳定并与机体组织形成紧密连接的“裙边”也常由于生物机械性能不良而发生自发性脱位等并发症。本课题正是针对这些并发症设计了前后表面差异化改性的光学部，和双网络三维多孔支架的裙边，并利用静电层层自组装技术和双网络水凝胶合成技术来实现这一设计。. 第一部分针对光学部的生物相容性，研究了以硅凝胶作为基质材料，利用大气压下介质阻挡放电技术和静电层层自组装技术对前后表面进行差异化改性。在前表面组装含有人表皮生长因子、后表面组装含有透明质酸钠的纳米聚电解质多层膜，通过场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、X 射线光电子能谱、表面接触角测定表征其表面理化特性及精确监测反馈调控组装过程，并进一步通过体外模拟人体角膜微环境进行细胞学实验检测其生物学性能。结果表明聚电解质多层膜成功实现了差异化表面改性，并能在纳米水平上实现对细胞生物学行为的调控。组装了人表皮生长因子的前表面能促进上皮细胞生长，组装了高度亲水的透明质酸钠的后表面能抑制巨噬细胞等炎症细胞的粘附。硅凝胶人工角膜表面理化性能的优化直接有益改善了表面生物相容性，同时不影响本体材料的机械性能，有望有效降低人工角膜光学部的术后相关并发症。. 第二部分研究了以水凝胶为基质材料、结合球模多孔支架制备技术和双网络水凝胶技术来制备新型聚丙烯酸/聚（N-异丙基丙烯酰胺）双网络人工角膜裙边支架，利用扫描电子显微镜、人工前房体外缝合实验、Instron 材料测试系统、平衡溶胀实验等表征双网络多孔支架的理化机械性能，并通过体外模拟细胞学实验及体内兔眼结膜下植入实验结合免疫组化分析等检测其生物相容性，结果显示新型多孔支架具有高韧度、智能性、精确均一控制孔径的和高度穿通性的改良机械性能特点，并且具备与人体组织良好的生物整合能力，有望降低人工角膜自发性脱落发生的可能性。. 两部分研究对人工角膜光学部及裙边的改良进行了初步的有益探索，有待进一步的深入研究和整合来制备完整的新型人工角膜。