论文总字数：21785字

摘 要

鉴于老年人口不断增加的挑战，修复和再生创伤或丢失组织的能力是一项主要的临床和社会经济需求。在这一过程中，关键是能够在组织工程策略中使用适当设计的基质和释放技术，以时间和严格调节的顺序在修复级联中递送适当的生长因子。考虑到细胞、其环境和生长因子之间的复杂相互作用，在整个生物体的直接体内环境中，理解每种递送系统的局限性、问题和潜力对于利用骨再生能力至关重要。这篇论文将讨论目前在骨骼再生的生长因子递送方面的进展、限制和挑战，并通过实验数据进一步探明PDGF对成骨性能的影响。

关键词：血小板衍生生长因子；骨再生；血管生成；组织工程；静电纺丝

Study on Platelet Derived Growth Factor to Improve the Osteogenic Performance of PLGA/PCL

Abstract

In view of the increasing challenges of the elderly, the ability to repair and regenerate trauma or loss of tissue is a major clinical and socio-economic need. In this process, it is critical to be able to use the appropriate designed matrix and release technology in the organizational engineering strategy to deliver the appropriate growth factors in the repair cascade in a time and strictly regulated order. Considering the complex interaction between cells, their environment and growth factors, understanding the limitations, problems and potential of each delivery system is essential to the utilization of bone regeneration capability in the direct in vivo environment of the whole organism. This review will address the current advances, limitations and challenges in growth factor delivery for skeletal regeneration and the potential of innovative delivery matrices and enabling technologies for healthcare advancement.

Keywords: Platelet-derived growth factor;Bone regeneration;Angiogenesis;Tissue engineering;Electrostatic spinning

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1骨再生 1

1.1.1 骨再生-生物学 1

1.1.2 骨的组成 1

1.1.3 骨组织工程 1

1.1.4 骨再生生物材料 2

1.2 静电纺丝技术 2

1.2.1 静电纺纳米纤维概述 2

1.2.2 静电纺纳米纤维的工程化（组织工程支架） 3

1.2.3 静电纺纳米纤维的表面改性 3

1.2.4 3D打印 3

1.3 骨再生中的血管化 4

1.4 血小板衍生生长因子（PDGF） 4

1.4.1 PDGF概述 4

1.4.2 PDGF的作用机制 5

1.4.3 PDGF对成骨细胞和破骨细胞的影响 5

1.4.4 PDGF对骨髓间充质基质细胞向成骨分化的影响 5

1.4.5 疾病中的血小板衍生生长因子 5

1.4.6 PDGF的临床应用 6

第二章 实验步骤 8

2.1 实验材料 8

2.2 实验仪器 8

2.3 制备 8

2.3.1 PDGF颗粒 8

2.3.2 PLGA/PCL 混纺 9

2.3.3 PLGA/PCL PDGF 9

第三章 实验结果与数据分析 10

3.1 粒径 10

3.2 红外吸收光谱 10

3.3 力学性能 11

3.4 水接触角 12

3.5 SEM 12

3.6 CCK-8 13

3.7 总结与展望 14

谢辞 15

参考文献 16

第一章 前言

1.1骨再生

1.1.1 骨再生-生物学

天然骨组织的发育和再生是一个复杂的、协调的时间过程，涉及到无数的分子、细胞、生化和机械线索。再生医学领域的进步使成功修复和恢复受损或患病组织的功能成为可能。生物相容性支架释放生长因子和骨祖细胞群可以增强骨的再生能力，这在一定程度上是通过提供合适的合成细胞外基质支架、生长因子和骨祖细胞的表达来复制自然骨环境的结果。

1.1.2 骨的组成

骨骼是一种特殊的结缔组织，与软骨一起构成骨骼系统。骨组织具有多种功能，包括机械特性(为肌肉组织插入运动提供位置和支持)、对重要器官(肺、心脏、大脑、骨髓等)的保护特性和代谢作用(骨是机体离子的主要储备，尤其是钙和磷酸盐)。骨组织是多种细胞系活动的结果，主要包括成骨及破骨细胞。破骨细胞是一种具有高度极化的形态学特征的多核细胞，在吸收过程中与钙化基质相邻的顶端分化（称为“褶皱边缘”）和大量线粒体。成骨细胞大多被自身分泌物包围，能在矿化后形成腔隙并逐渐转化为骨细胞。这些细胞有一个广泛的内质网和细胞质中大量的游离核糖体，通过间隙连接连接在一起。二级细胞类型如单核细胞/巨噬细胞和内皮细胞也通过与成骨细胞直接接触或通过释放可溶性因子(细胞因子、生长因子)来促进骨重塑。1969年，Frost表明成骨细胞和破骨细胞在时间和空间上密切相关。此外，成骨细胞和破骨细胞在接受骨刺激（即机械应力，激素，生长因子）后暴露于骨表面，并通过酸性细胞外机制从饲料中获得并吸收骨骼的矿物质成分。在吸收点与破骨细胞和/或可溶性因子类骨细胞的破骨细胞接触刺激并启动骨形成，成骨细胞不仅启动骨矿化，而且控制骨矿化。

1.1.3 骨组织工程

由于自然老化过程及创伤或退行性骨骼造成的损失疾病，需要通过手术来创造各种软骨和骨骼以供整形外科的应用。组织工程旨在通过使用生物材料、细胞和生长因子的组合，在体外或体内引导和控制组织生长，提供替代这种受损和患病组织的疗法。关于骨骼组织工程，在骨再生的特定时间递送适当的生长因子，结合有利于细胞附着和功能的支架，以及丰富的前体细胞来源以增强和促进骨形成是必不可少的。将生长因子特异性递送至伤口部位的关键是递送系统或载体材料，其将阻止生长因子、肽或药物的快速扩散。迄今为止，已经开发和改进了大量的递送系统，包括胶原基质、合成生物可降解聚合物、骨移植替代物(如珊瑚和羟基磷灰石陶瓷)、多糖和微球和脂质体。

最佳的组织工程支架将包括用于组织生长的多孔支撑机构，该多孔支撑机构具有结合到多孔网状结构中的受控输送系统。当将蛋白质掺入支架时，用于骨骼再生的递送基质蛋白质可以固定在支架本身上，或者包封在递送系统中，该递送系统掺入支架基质中(或者两种方法的组合)。目前设计用于对患者给药的给药系统为开发用于组织工程的包裹生长因子的机制提供了坚实的基础。掺入聚合装置通常可以稳定蛋白质，在释放前和释放期间保持其生物活性状态。赋形剂或共分散剂的使用可以进一步稳定基质中的蛋白质。然而，封装或支架制造过程中的蛋白质降解可能是一个问题，因为这些方法中有许多涉及高温(如陶瓷)或有机溶剂(聚合器件)。已经使用了许多方法来避免这些问题，包括在处理后将支架浸泡在生长因子的溶液中，使用水凝胶递送系统，其中生长因子的掺入可以在低温下实现和超临界二氧化碳处理的聚酯；后者已被证明能生成骨传导聚合物支架，用于成功生成新骨形成。

1.1.4 骨再生生物材料

用于刺激骨再生的生物材料应为结合多种特性的成骨材料。此外，应吸收并逐渐被新形成的骨所取代，这其中磷酸三钙(TCP)和羟基磷灰石(HA)是目前最受试的两种骨替代品。二者都被认为是生物相容性的化合物，在骨传导和生物可吸收方面具有生物活性，但值得注意的是，HA的降解速度明显低于TCP[1]。重建的能力取决于破骨细胞对材料的吸收，随后通过成骨活动被新形成的骨取代。吸收速度慢的生物材料会干扰骨生长[2]，而吸收速度快的生物材料会在愈合过程中损害手术部位的稳定性[3，4]。合成材料，如β-磷酸三钙(β-TCP)和钙磷石在体内表现出比HA材料更高的吸收率，允许同时进行材料吸收和骨形成[5，6]。在生理条件下，钙磷石比HA更易溶解，因此在动物体内植入后显示出更高程度的吸收[7]。尽管钙磷石粘固剂植入后立即的pH值较低，但各种体内研究报告了良好的宿主反应[8，9]，这主要是由于体内环境的缓冲能力。HA或β-TCP已被提出作为骨形成刺激剂(如生长因子(GF))的输送装置[10]。其中骨形态发生蛋白(BMP)与CPC联合应用广泛用于促进临界大小骨缺损的修复[11-13]，但其他生物活性分子如转化生长因子β(TGF-β)[14，15]或β-TCP中的血小板衍生生长因子(PDGF)也被应用[16]。但是，目前仅对磷酸钙作为药物传递系统的研究较少，且主要集中在抗生素[17-20]。

1.2 静电纺丝技术

1.2.1 静电纺纳米纤维概述

静电技术的应用可以追溯到18世纪,真正利用高压静电进行纺丝的技术诞生于上世纪30年代,其原理由福尔斯研究并提出[21]，直至90年代才重新获得人们的关注[22]。静电纺丝装置主要由毛细管、连接到充满聚合物溶液的注射器上的针头、接地的收集器筛网和连接在毛细管和收集器之间的高压电源组成。静电纺丝过程一般分为三个阶段：（1）射流的产生和带电射流沿直线的延伸；（2）射流的弯曲不稳定性（也称为鞭动不稳定性）的增加和随后的拉伸细化过程，可能导致射流分支和/或破碎；（3）射流固化形成纳米纤维并沉积在捕收器上。在过去的几十年里，静电纺丝已成功地与各种有机和无机材料的微/纳米纤维相结合。由于具有特殊的理化性质，现已广泛应用于光化学、组织工程及生物医药等领域[23-30]。许多因素在控制纤维的成功静电纺丝中起作用，包括溶液粘度、施加电势的强度、溶液电导率、聚合物进料速率、毛细管尺寸以及毛细管和收集器之间的距离等。此外，温湿度和风速等也会对纤维的具体形态造成一定的影响。

1.2.2 静电纺纳米纤维的工程化（组织工程支架）

到目前为止，人们已经采用了拉伸、模板合成、相分离、自组装和静电纺丝等一系列技术来制备基于聚合物、金属、陶瓷和玻璃等的纳米纤维，并将其进一步组装成二维(2D)和三维(3D)纳米结构用于实际应用。与2D结构相比，具有显著厚度的3D纳米结构越来越多地被研究用于需要三维方向的应用，例如太阳能电池和组织工程。

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