壳聚糖胶原海绵的抗菌止血性能

背景:胶原因具有良好的生物相容性和降解性能,常用于促进伤口愈合,但由于其不具备抗菌性能,不能预防伤口感染。目的:通过冷冻干燥法制备壳聚糖胶原海绵,使其兼具良好的抗菌及止血效果。方法:壳聚糖溶液与碳酸氢钠溶液在37℃下成凝胶态,利用冷冻干燥法制备壳聚糖/碳酸氢钠/Ⅰ型胶原海绵作为实验组,以壳聚糖海绵及壳聚糖/碳酸氢钠海绵为对照组,扫描电镜观测海绵的微观形貌,测定其pH值、孔隙率、吸水倍数、降解率及对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率;利用CCK-8法和Live/Dead染色检测海绵浸提液的细胞毒性;使用大鼠截尾出血模型检测海绵的止血效果;建立大鼠皮肤创伤模型,通过苏木精-伊红染色及Masson染色观察海绵植入7 d后的组织愈合情况。结果与结论:(1)相较于其他两种海绵,壳聚糖/碳酸氢钠/Ⅰ型胶原海绵的绵孔隙更大,外壁更粗糙,吸水性更强、孔隙率及吸水倍数更大;而且壳聚糖/碳酸氢钠/Ⅰ型胶原海绵孔隙率均大于另外两种海绵(P<0.01);平均吸水倍数复合海绵大于壳聚糖海绵(P<0.0001)和壳聚糖/碳酸氢钠海绵(P<0.05);(2)抗大肠杆菌率检测结果显示:壳聚糖海绵>壳聚糖/碳酸氢钠海绵(P<0.001)>壳聚糖/碳酸氢钠/Ⅰ型胶原蛋白海绵(P<0.0001);(3)抗金黄色葡萄球菌率检测结果显示:壳聚糖海绵>壳聚糖/碳酸氢钠海绵>壳聚糖/碳酸氢钠/Ⅰ型胶原蛋白海绵(P<0.01);(4)壳聚糖/碳酸氢钠/Ⅰ型胶原蛋白海绵无细胞毒性且可促小鼠成纤维细胞(L929)增殖,促细胞增殖效果优于空白组(P<0.05)、壳聚糖组(P<0.0001)与壳聚糖/碳酸氢钠组(P<0.05);(5)壳聚糖/碳酸氢钠/Ⅰ型胶原蛋白海绵止血效果良好,优于其他三组;(6)壳聚糖/碳酸氢钠/Ⅰ型胶原蛋白海绵植入大鼠背部创口1周,周围皮肤无明显炎症反应,新生毛细血管及胶原含量明显高于其他两种海绵,皮肤组织恢复最佳;(7)上述数据证实,壳聚糖/碳酸氢钠/Ⅰ型胶原蛋白海绵生物相容性良好,具有良好的抗菌止血及促进组织愈合效果。

基于三周期极小曲面β-磷酸三钙仿生骨支架设计和生物活性的检测

背景:增材制造技术可以精确、个性化地定制具有复杂多孔结构的骨支架,达到恢复临界骨缺损区域松质骨结构和功能的效果。目的:通过材料学和细胞学表征,明确三周期极小曲面结构β-磷酸三钙生物陶瓷骨支架的机械性能及生物活性,揭示三周期极小曲面结构对成骨细胞的调控效果。方法:通过Matlab R2020a软件设计330,420,510μm 3种孔径的三周期极小曲面G曲面支架,Inspire 2018软件分析支架结构设计。以三周期极小曲面结构导出后的STL文件为蓝本,通过基于数字激光加工的增材制造技术制备3种β-磷酸三钙生物陶瓷支架,采用扫描电镜观测支架表面形貌,X射线衍射仪检测物相组成,万能材料试验机检测支架的力学强度。将MC3T3-E1细胞与3种支架共培养,检测细胞的增殖活性、黏附能力与碱性磷酸酶活性。结果与结论:(1)Inspire 2018软件显示,三周期极小曲面呈现出光滑、连续、均一的贯通式多孔结构;(2)扫描电镜下可见,基于数字激光加工的增材制造技术成功实现了三周期极小曲面结构的精确成型;(3)X射线衍射结果证实,支架由纯β-磷酸三钙晶相组成;(4)3组支架的压缩强度和弹性模量均处于或接近松质骨力学强度范围,且支架的压缩强度与孔径大小呈反比;(5)CCK8实验显示,MC3T3-E1细胞在3种支架上生长良好,生物活性与孔径呈现剂量依赖关系,510μm孔径促进细胞增殖效果最佳;(6)活细胞成像仪和激光共聚焦显微镜下可见,MC3T3-E1细胞能够在3种支架上实现早期黏附,且黏附量随孔径增大而增加;(7)碱性磷酸酶活性分析表明,420μm孔径支架上细胞的碱性磷酸酶活性最高;(8)结果表明,三周期极小曲面结构β-磷酸三钙生物陶瓷支架表现出较好的机械性能与生物活性,其中420μm孔径有利于促进细胞分化,510μm孔径有利于细胞增殖,具有修复临界骨缺损的应用潜力。