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丝素蛋白/壳聚糖复合纳米纤维用于皮肤组织工程

蔡增晓

  组织工程学是一门跨学科科学,包含材料工程和分子生物学的基本原理,目的是为了形成破损组织、器官的生物替代品;因此组织工程学也被称作‘再生医学’,是目前治疗难以治愈的疾病的最理想的医疗方法。组织工程的关键也是具有挑战性的一步就是找到能够模拟天然组织中的细胞外基质(ECM)且具有良好生物相容性,降解速率与新组织的形成速率相匹配的三维多孔支架。设计外源性细胞外基质的最佳方法就是仿生,即模仿天然组织中细胞外基质的组成、结构与功能,将天然细胞外基质作为支架使细胞聚集分化而形成新的组织。 本课题从仿生角度出发,利用天然蛋白质及多糖为原材料,通过静电纺的方法制备出纳米纤维,从组成、结构两个方面进行仿生。首先,本文选取天然丝素蛋白(Silk fibroin, SF)和壳聚糖(Chitosan, CS)这两种天然生物材料,利用高压静电纺的方法制备出纳米纤维支架。通过扫描电镜(SEM,5,000×)和ImageJ软件分析纳米纤维支架纤维直径,发现随着壳聚糖含量的增加纤维直径减小,利用红外光谱(FTIR)分析纤维的化学组分发现通过静电纺之后没有发生化学反应。X射线衍射分析显示,在静电纺丝以后,纤维的物相结构发生变化,静电纺纤维更趋向于无定型态。通过对纳米纤维膜力学性能的分析,发现随共混体系中丝素蛋白-壳聚糖比例的变化,其力学性能也发生变化。由于丝素蛋白-壳聚糖复合纳米纤维耐水性差,力学性能也不够强,因此我们选择用戊二醛做交联剂对纳米纤维膜进行交联,交联后我们通过红外光谱,X射线衍射分析发现丝素蛋白的构象由不稳定的α螺旋转变成稳定的p折叠片层结构,交联后平均断裂强度有所增加,但是平均断裂延伸有所降低,主要因为交联后分子链之间作用力加强,但分子链纤维移动受阻。 另一方面选取小鼠成纤维细胞(L929)利用MTT试验分析细胞增殖情况,MTT试验显示纳米纤维支架具有良好的细胞相容性。HE染色观察比较细胞延伸、增殖的群体效应,发现细胞与纤维黏附的很好且细胞形态呈梭形;SEM(3,000×)观察黏附在支架表面单个细胞的形态发现细胞的触角已经延伸到纤维下方。通过透气率、抑菌试验,及体外动物实验,多角度检测丝素蛋白-壳聚糖纳米纤维支架在皮肤组织工程应用上的可行性,发现制备的纤维支架具有很好的应用前景。 以上结果显示,丝素蛋白—壳聚糖静电纺纳米纤维是一种细胞相容性良好,具有高比表面积,孔隙率及抑菌效果的皮肤组织工程支架材料。虽然研究还处于实验阶段,但为皮肤组织工程支架材料的制备和选取,进一步开展组织工程化人工皮肤的研究以及临床应用提供了重要的实验数据和科学依据。……   
[关键词]:丝素蛋白;壳聚糖;静电纺丝;仿生;皮肤组织工程
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:东华大学2011年