缓释VEGF的邻苯二酚壳聚糖水凝胶在牙髓再生中的推广

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论文字数:23686 论文编号:sb2022082410223949318 日期:2022-09-14 来源:硕博论文网

本文是一篇医学论文,本文经过研究,得出以下结论:邻苯二酚壳聚糖水凝胶弹性性能、亲水性、溶胀性能及降解性等性能均较壳聚糖水凝胶有所提高,并具有一定的抗菌性。
第1章  绪论
1.1  引言
壳聚糖是一种天然多糖,已被广泛应用于多种生物医学领域,如伤口敷料、止血材料等。然而,壳聚糖最突出的缺点是它在pH为中性的去离子水中的溶解性很差[1]。在生理条件下(pH = 7.4),将壳聚糖溶解在缓冲液中时,会形成不溶性沉淀。3,4-二羟基-L-苯丙氨酸(L-DOPA)是在酪氨酸介导的酶促酪氨酸转化为L-DOPA的过程中产生的。L-DOPA最早发现于海洋贻贝的腹丝中,后来在其粘附垫中发现。邻苯二酚(邻二羟基苯基)是L-DOPA的侧链,负责贻贝的粘附,并对各种有机和无机材料的表面表现出优异的粘附性[2-3]。邻苯二酚已被化学引入到各种聚合物中,邻苯二酚改性的壳聚糖的各种制备方法和特性已有报道,改性后的壳聚糖不仅在中性pH溶液中表现出优异的溶解性,而且在组织表面具有很强的粘附性[5]。此外,它具有生物相容性,并显示出增强的机械性能。研究人员也尝试了各种生物医学应用[4-6],但在牙髓组织工程再生方面的应用尚待研究。
血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor, VEGF)在血管生成的初始阶段起着至关重要的作用。给予VEGF或其他血管生成因子的典型方法为向缺血部位局部注射或系统注射重组蛋白溶液。由于VEGF在体内的半衰期很短,临床治疗效果往往并不理想。因此,使用聚合物构建支架来负载、传递以及控制释放这种类型的治疗药物是具有潜力的,并已有报道证实其可行性[6]。课题组前期已成功制备邻苯二酚改性的壳聚糖水凝胶,前期体外实验验证,改性后水凝胶材料较壳聚糖水凝胶具有更好的生物相容性和促进细胞粘附的性能,并且负载rhVEGF165可诱导乳牙牙髓干细胞向血管内皮细胞方向分化。
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1.2  综述
天然支架材料于牙髓再生中的应用
年轻恒牙常因龋病、牙外伤或形态发育异常等问题,导致牙髓发生感染甚至坏死,进而导致牙根停止发育。对于此类情况,活髓切断术和根尖诱导成形术是现今临床上较为常用的治疗方法。但有研究表明,约75%的患牙在接受根尖诱导成形术治疗后,牙根发育短于正常同名牙,或牙根未继续发育,根尖形成硬组织封闭[7]。如何诱导牙髓坏死的年轻恒牙根管内组织再生是目前热门的研究方向之一,牙髓血运重建治疗作为年轻恒牙牙髓感染或坏死可选择的新疗法,是一种以生物学为基础、以取代受损牙齿结构(包括牙本质、牙根和牙髓牙本质复合体)为目的的治疗技术[8]。
牙髓组织工程再生作为一种有潜力的多学科治疗方法,受益于材料科学、干细胞生物学、分子生物学和蛋白质组学等学科理论的最新进展。支架材料是组织工程三大关键要素(干细胞、信号因子及支架材料)之一,因而材料科学成为将牙髓组织工程再生从实验理论应用于临床的重要基础[9]。用作组织再生支架的生物材料需要具有生物相容性、相互连通的孔隙度、促进目标细胞附着、增殖和分化的能力,以及负载信号因子、适当的机械性能和生物降解性等[10]。为了满足这些要求,目前已开发出多种生物材料,包括细胞外基质(Extracellular matrix, ECM)的成分、其他蛋白质、多糖、肽、天然或合成聚合物、生物陶瓷,以及最近各种创新的复合材料等。每种材料都具有独特的化学组成、结构和特性以及修饰潜力。其中最重要的是通过ECM分子与附着细胞之间相互作用的机制,提供诱导信号实现干细胞归巢和分化,从而在空间和/或时间上控制组织再生[11]。对于应用于牙本质牙髓复合体再生中的支架材料,应考虑更多方面,包括血运重建、神经支配、细胞-基质相互作用、生长因子负载、可控的生物降解、再矿化和抗菌性[12]。由此,支架的作用已从被动载体变为具有定制特性的生物活性环境,用于再生特定的组织。
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第2章  实验材料和方法
2.1  材料和仪器
2.1.1  实验动物和主要试剂

医学论文参考
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2.2  实验步骤
2.2.1  材料制备
2.2.1.1  邻苯二酚壳聚糖材料制备
配制60ml 1%(w/v)壳聚糖溶液,用1M 氢氧化钠溶液调节壳聚糖溶液的pH值至4.8。称取0.145 g 3-(3,4-二羟基 苯基)丙酸溶于15 ml 乙醇中,加入到壳聚糖溶液中。将 1-(3-二甲氨基丙基 )-3- 乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC) 0.356 g 溶于 15 ml 去离子水,在搅拌下缓慢加入到混合反应溶液中,随后添加1M 氢氧化钠溶液调节pH 值至4.8,每15分钟测定一次pH值,直到混合溶液的pH值稳定在 4.8 并基本不发生变化,之后避光继续搅拌,反应18小时。18 小时后用分子量为3500的渗析膜渗析3天,每天换水2-3次,用1M 盐酸调节渗析液pH 至5,3 天后将产品置于10 cm培养皿中,冷冻干燥24小时,得到邻苯二酚壳聚糖冻干样品,使用傅里叶红外光谱仪对冻干后的壳聚糖和邻苯二酚壳聚糖进行分析,确定邻苯二酚成功接枝到壳聚糖上。
2.2.2  邻苯二酚壳聚糖水凝胶的表征
2.2.2.1  流变分析
使用旋转流变仪对水凝胶的弹性性能进行表征。室温下,采用震荡应变为1%,振荡频率为1Hz的振幅扫描检测壳聚糖和邻苯二酚壳聚糖水凝胶的储能模量(G’)和损耗模量(G”)随时间的变化情况。
2.2.2.2  接触角测试
通过接触角测定仪检测充分溶胀前后壳聚糖和邻苯二酚壳聚糖水凝胶的水接触角,分析其亲水性。在室温下使用悬滴法滴加2μl去离子水于水凝胶表面,捕获水凝胶表面上水滴的图像,并对获得的图像进行计算与分析。为了减少实验误差,在每个样品表面的三个不同点重复测量,求得接触角的平均值。将壳聚糖和邻苯二酚壳聚糖的平均接触角值进行比较。
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第3章  结果 ............................. 14
3.1  邻苯二酚壳聚糖水凝胶的制备 ....................... 14
3.1.1  邻苯二酚壳聚糖的制备 ......................... 14
3.1.2  邻苯二酚壳聚糖红外光谱分析 ................... 14
第4章  讨论 ........................ 21
第5章  结论 ......................... 2

第4章  讨论
牙髓再生的成功受多种临床条件的制约,例如患者的年龄、牙齿发育程度、炎症和感染情况等,还需要确定牙髓保留的健康细胞数量、需再生的牙髓组织体积和牙根发育状态,此外,重新获得神经支配和血运重建更是一项重大挑战。目前已有很多研究提出了不同有潜力的再生策略来应对这一挑战,其中,牙髓组织工程再生为这一系列策略的重点,而支架材料则是此重点之中的重点。由于直接将干细胞注射到牙齿内的再生能力很差,另外还需要活性生物分子来促进细胞定居及其基质沉积,因此适合的支架材料对于生物大分子在受损组织内的递送以及对细胞的粘附、增殖都至关重要。

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壳聚糖是一种天然来源的生物聚合物,因其具有氨基和两个羟基官能团而可以进行许多反应,例如醚化,酯化,交联[44],接枝共聚[44-46]等,可对其进行化学和机械修饰来赋予壳聚糖所需特性和功能。壳聚糖在生物医学、生物化学和生物工程等诸多领域均已被证明具有很强的适用性,是具有很大潜力的材料。壳聚糖水凝胶作为天然来源的生物聚合物合成的水凝胶,在生物医学应用中更为安全和低毒性,可以得到更好的应用效果和治疗结果。
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第5章  结论
基于课题组前期制备的邻苯二酚壳聚糖水凝胶,本实验进行了对材料多项理化性能表征,检测了载药水凝胶的药物缓释性能,并通过大鼠体内实验研究缓释VEGF的邻苯二酚水凝胶诱导恒牙牙髓原位再生的可能性。  得出以下结论:
1. 邻苯二酚壳聚糖水凝胶弹性性能、亲水性、溶胀性能及降解性等性能均较壳聚糖水凝胶有所提高,并具有一定的抗菌性。
2. 成功制备出负载VEGF的邻苯二酚壳聚糖水凝胶,水凝胶具有良好的药物缓释效果,是一种具有在局部诱导牙髓再生的潜力的支架材料。
3. 载药水凝胶在大鼠体内实验效果并不理想,可能受限于实验条件等原因,后续可优化实验设计,进行进一步探究。
参考文献(略)


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