磁控多级孔纳米缓释骨修复材料的研制与性质探究.docVIP

作品名称：磁控多级孔纳米缓释骨修复材料的研制与性质探究

大类：科技发明制作B类

小类：生命科学

简介：将纳米技术与生物医药相结合，运用纳米仿生工程学的思想，以天然海绵，蜻蜓翅膀，快速滤纸等与介孔模板（聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物）作为合成多级孔纳米生物材料的双模板，水热法合成多级孔生物活性玻璃，担载鹿茸多肽和地塞米松药物，进而用功能化的纳米四氧化三铁微球做磁控开关，研制一种具有骨修复、磁控药物缓释和热疗多重功能的仿生纳米材料。为制备一种创新性骨修复材料打下基础。

详细介绍：恶性骨肿瘤，是造成非创伤的骨缺失缺陷主要因素之一。治疗这类骨骼疾病，通常分两个阶段进行：首先是患病骨组织的手术切除，导致骨组织缺损，然后寻求补救与骨移植的材料。但很多修复材料的生物相容性低，易发生免疫排异反应，造成恶性骨疾病的复发和再生的风险增加，因而骨缺损是一个重要的临床挑战[1,2]。在众多的骨修复材料中,生物玻璃以其优异的骨修复性能和生物相容性,被广泛地应用在骨缺损等疾病的治疗中。与传统的生物活性材料羟基磷灰石相比，生物玻璃能够克服羟基磷灰石生物降解快、骨修复时间长和受酸碱性影响大的缺点，因此在骨组织修复方面有着更好的性能和生物相容性[3]。2004年上海复旦大学的Zhao课题组采用低温溶胶凝胶工艺结合有机模板（聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物）自组装技术首次制备高度有序的介孔生物活性玻璃（MBG，Porediameter250nm），主要成分为CaOSiO2P2O5，与传统溶胶凝胶生物活性玻璃相比，其有着高度有序的介孔结构，更大的比表面积，更好的成骨活性，在骨组织再生和药物输送领域有着广阔的应用前景[47]。但是，介孔生物活性玻璃的介孔孔径单一且比较小(孔径介于250nm)，不利于细胞的附着、增殖和营养成分的传输[8]。为满足植入材料的多种生理机能，寄希望于合成新的多级孔材料。最近的研究表明，在介孔材料基础上，合成的多级孔生物活性玻璃即大孔(Porediameter50nm)介孔(Porediameter250nm)生物活性玻璃(MMBG)，使各种营养成分的传输更加方便、快捷,胞外基质中的蛋白质和肽的黏附也更加容易，可有效的促进物质在材料表面的吸附和孔道内传输，并增强了多级孔道对液体的缓冲作用，更适宜做药物缓释载体。多级有序孔材料体系具有多重功能，大孔可以担载大分子药物，像骨成长因子、多肽、蛋白质等，并有利于物质的转运传输、延缓药物从介孔释放到体液的时间，并有利于细胞黏附、传输和生长；介孔表面丰富的硅羟基可作为和药物分子相互作用的活性位点，使小分子药物分子很容易均匀的担载到孔道中，并且通过调节组装条件和介孔的各项参数（孔径、形貌、孔道结构、表面性质），不仅可以调节药物组装量的大小，同时，可以有效地控制药物分子的释放速率，达到使药物缓释或者控释的目的。在国际上已经报道了多级孔生物玻璃材料在提高药物溶解度，细胞掺入，药物吸收，骨再生方面的科研成果[911]。最近，人们开始尝试使用具有资源丰富、价格低廉、结构多样和环境友好等优势的天然生物模板合成孔材料，备受研究者的青睐。生物模板可分为：植物类，如硅藻、淀粉、木材、花粉、竹子、滤纸等；动物类，如孔雀翅膀、蜘蛛丝、墨鱼骨、海胆骨、DNA等；细菌类，如杆状菌、酵母菌、醋酸菌等[1214]，大大拓展了孔材料的研究内容，已经成为孔材料的又一重要研究分领域[15,16]。但是,用天然生物模板合成多级孔生物玻璃应用于骨修复研究还未见报道。最近的一些研究发现将生物材料设计为磁性，当药物到达病变部位，在外磁场的调控下，他们会在病变组织区域内产生热量。癌细胞在温度43℃就会被破坏，而正常细胞可以承受这些温度。此外，该方法可以实现对恶性癌细胞进行针对性释放药物，也就是控释。因此，纳米生物活性材料结合超磁高温治疗和局部给药相结合的治疗理念成为骨病治疗的一个新概念[17]。而将四氧化三铁纳米微球功能化后作为多级孔生物活性玻璃大孔释药开关，还未见报道。本课题组已经对众多易于获得的天然模板进行了细致的筛选，发现天然海绵、蜻蜓翅膀和快速滤纸最适于用作多级孔生物玻璃的大孔模板，以上三种生物模板的结构能够被完美的复制到多级孔的制备过程中，并能对药物起到缓释作用。在此基础上，利用生成的大孔担载鹿茸多肽药物，进而通过多级孔纳米材料功能基团和磁性纳米四氧化三铁微球修饰基团间的强烈的氢键作用，将鹿茸多肽封装在大孔内，再利用介孔担载小分子药物地塞米松，制备一种可用于骨修复的磁控多级孔纳米骨修复材料。对其药代动力学进行评价，并进一步采用大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）作为细胞模型，通过细胞黏附率、细胞增殖实验评价其生物相容性；利用成骨分化检测实验研究纳米材料对BMSCs成骨功能的影响，并阐明该载药微球体