可释放CGRP的硼硅酸盐生物活性玻璃支架体外理化性质、生物相容性及成骨特性研究

来源 :广西医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuhai2009
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目的:研究可释放CGRP的硼硅酸盐生物活性玻璃(Borosilicate bioactive glass,BBG)复合支架的制备方法及支架的理化性质,体外初步探索复合支架的生物相容性及成骨特性。方法:材料学实验:(1)使用组分为6Na2O--8K2O--8Mg O--22Ca O--27B2O3--27Si O2--2P2O5(mol%)的玻璃粉末,通过3D打印技术(Three-dimensional,3D,printing technology)制备13-93B1.5支架,然后将支架放入质量分数为0.5%的海藻酸钠(Sodium alginate,SA)溶液中并与5%Ca Cl2溶液交联20min制备13-93B1.5-SA复合支架。(2)用显微CT(Micro-computed tomography,Micro-CT)检测13-93B1.5支架的孔隙率,扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)扫描测量孔径大小,用电子动静态万能材料试验机检测13-93B1.5-SA复合支架的抗压强度,表征支架的物理特性;用电感耦合等离子体原子发射光谱(Inductively coupled plasma atomic emission spectra,ICP-AES)检测复合支架的离子释放,并检测复合支架的失重率及浸泡液的p H值变化,表征复合支架的体外降解性;SEM观察复合支架的微观形貌变化,能谱仪(Energy Disperse Spectroscopy,EDS)检测复合支架表面成分,使用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(Fourier-transform infrared spectroscopy,FTIR)检测复合支架的成分及官能团变化,表征支架的体外生物活性。(3)将CGRP负载于复合支架,通过ELISA法检测CGRP的释放。细胞学实验:(1)将材料与HBMSCs细胞在体外共培养,用CCK-8法检测细胞的增殖能力,SEM观察细胞在复合支架表面的粘附。(2)用碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)检测试剂盒检测ALP活性,用ALP染色和茜素红染色法观察细胞成骨分化及细胞外基质矿化能力。结果:材料学实验:(1)成功3D打印13-93B1.5支架,支架孔隙率为59.85%±6.04%,孔径大小均一,分布在350-400μm之间;SA水凝胶均匀填充于13-93B1.5支架孔隙中,成功制备13-93B1.5-SA复合支架,复合支架的力学强度出色,垂直抗压强度达到23.75±2.61MPa,在SBF中浸泡120d后抗压强度仍可维持在8MPa左右。(2)SA水凝胶可在14d内实现降解,未明显影响13-93B1.5支架的体外降解,复合支架降解速率适中,体外模拟降解一定时间后可在表面形成羟基磷灰石层(Hydroxyapatite,HA),具有良好的生物活性,且可形成局部碱性微环境。(3)CGRP成功负载于13-93B1.5-SA复合支架,其体外释放时间可达7d,很好地保护了CGRP在体内快速降解失活,延长了作用时间。细胞学实验:(1)CCK-8实验表明,13-93B1.5-SA复合支架对HBMSCs无细胞毒性,载CGRP后复合支架能显著促进HBMSCs增殖,效果呈CGRP浓度依赖性,差异具有统计学意义(p<0.05);SEM观察到HBMSCs能在复合支架表面粘附生长,细胞伪足伸展,形态饱满。(2)ALP活性实验及ALP染色、茜素红染色实验表明,13-93B1.5-SA复合支架及载CGRP复合支架均能提高HBMSCs的ALP活性,均能促进HBMSCs向成骨方向分化,且载CGRP复合支架成骨效果更显著,呈浓度依赖性,差异具有统计学意义(P<0.05),表明CGRP具有协同作用,能增强13-93B1.5-SA复合支架对HBMSCs的定向成骨分化作用。结论:本实验所制备的13-93B1.5支架具有适宜的孔隙率及孔径大小,符合骨组织工程支架的要求,13-93B1.5-SA复合支架力学强度出色,体外降解率适中,随着浸泡时间延长,支架表面逐渐形成HA层,具有一定的生物学活性。将CGRP负载于复合支架后,可有效保护CGRP在体内快速降解失活,延长了作用时间。细胞学实验证实,13-93B1.5-SA支架对HBMSCs无细胞毒性,HBMSCs可在复合支架表面粘附生长,支架具有良好的细胞相容性;CGRP具有协同作用,能显著增强13-93B1.5-SA支架对HBMSCs的促增殖及成骨分化作用,效果具有CGRP浓度依赖性,可研究应用于四肢大尺寸骨缺损修复,为大尺寸骨缺损修复材料研究提供一定的理论基础。
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