生物医疗纺织品论文之人工韧带

《生物医用纺织品》课程论文姓名：张怡学号：222013323210083班级：2013级纺织工程2班论文题目：蚕丝蛋白人工韧带的研究与实验设计2014年11月10日蚕丝蛋白人工韧带的研究及实验设计作者：张怡【摘要】研究人工韧带的发展背景以及人工支架的材料。目前用于组织工程韧带的支架材料胶原蛋白、聚乳酸、聚羟基乙酸、小肠黏膜下层、聚糖及纳米材料等均有降解速度快的特点,应用于宿主后有一定炎症反应替代移植物韧。目前有自体移植物、异体移植物和人工韧带3大类。自体移植物重建交叉韧带在临床上应用较为广泛，但存在自体移植物供区病损、自体移植物来源缺乏等问题。异体移植物潜在问题是有可能导致未知疾病的传染，还有异体移植物的力学力量较弱，异体移植物重建的骨隧道会扩大，以及免疫排斥等。人工韧带重建交叉韧带的实验结果和短期临床效果令人满意，远期疗效有待于进一步观察，仍有许多问题有待于研.目的:观察蚕丝支架的机械强度和体外降解性,了解蚕丝蛋白人工韧带对人体的影响【关键词】人工韧带蚕丝蛋白胶原组织相容性一．人工韧带的发展膝关节交叉韧带断裂是发生频率较高且严重的运动创伤，治疗不当会导致膝关节不稳，并可继发关节内主要结构损伤，严重影响膝关节功能。由于交叉韧带自身愈合能力差，人们很早就放弃了单纯缝合修复的方法，而多使用移植物重建。近20年来，交叉韧带的修复与重建技术有了明显的进步，贴别是关节镜技术的发展对于交叉韧带重建具有重要意义，关节镜下重建交叉韧带具有定位准确、固定牢靠、关节整体损伤小、基本保持关节囊的完整等优势，是传统手术方法所不可比拟的。目前常使用的移植物分为三种：自体移植物、同种异体移植物和人工韧带。自体移植物应用最广，并取得了良好的临床效果，但也有其缺点，如常用的骨-髌腱-骨供体部位会出现膝前疼痛、髌腱挛缩、髌腱炎等并发症。同种异体移植物也存在疾病传播、免疫排斥等问题。而且两者作为生物移植物都要经历血管重建、细胞增殖和塑性成熟的过程，约一年的康复时间，对患者影响较大，尤其对运动员来说，还因为移植物强度下降、被拉长而影响术后效果。理想的材料，应该具备持续高强度、耐磨损、无组织反应等基本特性，并具有正常韧带的功能，同时允许有生理排列、再生新韧带倾向的组织逐渐长入。然而，完全符合上述条件的人工韧带尚未面世。自上世纪60年代，人工韧带已经进入临床应用。70年代后的20年，有多种类型的人工韧带被植入体内。在材料选择上，完全合成的碳纤维韧带，因在关节和淋巴内释放磨损颗粒，引起显著的炎性反应。此后，以碳支架结合胶原或聚酯、聚四氟乙烯纤维束合成的聚合物，临床成功率均不高。二．蚕丝蛋白的研究背景近年来，利用各种新材料制作的人工韧带，为交叉韧带的修复提供了新的选择。生物大分子是目前高分子领域中很活跃而且富有挑战性的一个研究领域，而蛋白质是一类重要的生物大分子。蚕丝是人类最早利用的天然蛋白质之一，随着对其独特氨基酸组成及结晶结构等理化特性研究的深入，尤其是近年来蚕丝多用途开发向高新技术的渗透，国内外对蚕丝的应用正从传统的纺织领域积极向化妆品、食品等领域扩展。作为一种性能优良的纤维，它在应用于生物技术、医药、材料等诸多方面，已取得了一系列的基础研究成果，显示了巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。蚕丝广泛存在于蚕茧中，蚕丝的粗丝包括两个丝心蛋白和丝胶外壳，丝胶是支持丝心蛋白成纤维的类糖蛋白。丝素位于蚕丝中心，占70%~80%，丝胶包裹与丝素外周，占20%~30%。丝素蛋白由蚕茧缫丝脱胶而得到，来源丰富，是一种无生理活性的天然结构性蛋白，主要有三种简单的氨基酸：甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸组成，它们占蛋白总量的大概85%。在多年的应用中，逐渐发现丝纤维和丝素蛋白有更多的潜力应用于临床修复和组织工程支架及作为改性材料，因为它们有着很多优异的条件，例如：丝纤维容易大量得到；而将丝纤维直接溶在中性盐溶液中后，经透析就可以得到纯的丝素蛋白水溶液；丝素蛋白有良好的生物相容性，无毒，无刺激性；由丝引起的炎症反应不会比一般用于缝合线的材料所引起的大。三．有关蚕丝支架的实验（一）实验目的本实验就蚕丝丝状支架的机械强度、体外降解性进行初步分析，以了解临床应用的可行性及其影响因素。（二）材料和方法1．1主要实验仪器HFl51UV型二氧化碳培养箱，倒置相差显微镜IMT一2，AGS—H材料实验机，YJ21450型医用净化工作台，电子天平，酶标仪，LSY型恒温器。1．2主要实验材料由市场购得白色家蚕蚕丝(20／22D)，每30根蚕丝平行排列为一束支架。将蚕丝支架置入煮沸的0．5％Na：C03中进行脱胶，Na：C0。溶液体积(单位为毫升)与生丝的质量(单位为克)之比为1000，煮沸30rain，重复2次，三蒸水漂洗后于真空干燥器中干燥。鼠科巨噬细胞RAW264.7。胎牛血清，DMEM培养基，脂多糖(LPS)，多粘菌素B，胶原酶IA。小鼠TNF一ⅡELISA检测试剂盒购自晶美生物工程(武汉)有限公司。1．3体外降解实验8cm长脱胶蚕丝支架在真空干燥器中干燥96h，测初重(wo)后分别浸泡于PBS溶液和用PBS配制的1．Omg／ml胶原酶中，置于LSY型恒温器中(37±O．5℃)，每周换一次溶液，并每组分别取出4个样品，用三蒸水漂洗后，进行如下测试：(I)真空干燥96h称取残重(Wr)，计算失重率W1％=100(Wo_Wr)／Wo，取平均值(n=4)；(2)试件自溶液中取出后在AGS—H材料试验机上进行拉伸试验，夹具间距为lOm，样品的拉伸速度为0．Imm／s，测量样品的极限抗拉强度(UTS)，直至断裂，取平均值(n．4)。1．4单核细胞株RAW264．7的培养用0．25％的胰酶消化对数生长期的单核细胞株RAW264．7，用DMEM完全培养基调节细胞浓度为I×109／m1，将I×lOg／ml的细胞接种在改良的Petri皿中用含10％胎牛血清的DMEM培养基于二氧化碳水套式培养箱5％c02％培养。1．5丝状支架体外与RAW264．7细胞混合培养RAW264．7传代三次后，用含10％胎牛血清的DMEM培养液调整细胞浓度为2X105／ml。将载有8咖蚕丝支架的玻片经消毒后置入24孔培养板内，每孔放入一束，共8孔，并将2×105／ml巨噬细胞混悬液Iml加入到玻片表面，静置15min至巨噬细胞贴附后置于5％C0。，37。C培养箱内培养。同一培养板上另外8孔中仅加入2×105／m1巨噬细胞混悬液iml作为对照组。以上每孔加入5pg／ml多粘菌素B用于抑止脂多糖的污染。余下8孔加入2×lOS／ml巨噬细胞混悬液Iml，孵育15h后去上清，再加含LPSO．Iug／ml的DMEMlml／孔孵育。（三）.实验结果1.丝状支架失重率变化肉眼观察到胶原酶组1周后溶液变浑浊，可发现微粒碎片，PBS组lO周后仍未见明显碎片。12周内丝状支架失重率数据见表1，可以看出胶原酶组9周后重量减少已超过50％，PBS组失重率小于3％。失重率变化曲线如图1所示，可见PBS组的失重率明显低于胶原酶组。结果表明，胶原酶对丝状支架的酶解消化作用较强，而支架在PBS中呈现稳定和缓慢降解的趋势。2.丝状支架极限抗拉强度(UTS)变化显示12周内丝状支架在PBS和胶原酶中UTS的数据，可见8周后胶原酶消化后支架的UTS下降超过原来的50％，而PBS组未见明显变化。从曲线中我们可以看到，随着酶的消化，丝状支架UTS呈明显下降趋势，结果表明，胶原酶破坏了蚕丝的纤维结构，分子间的作用力被削弱，从而使部分丝素溶解，纤维的强度下降；而PBS对蚕丝纤维结构影响较小。参考文献：谢丽娜.刘秀华.XIELi-na.LIUXiu-hua前脂肪细胞与蚕丝支架体外复合培养的实验研究[期刊论文]-淮海医药2007,25(1)2.刘庆鹏．BMP加强型蚕丝人工韧带重建兔ACL的实验研究．2009，泰山医学2009届硕士硕士学位毕业论文．WangHong，'fanLi-jun，YangShu。hua，ZhangQing-song，MengChun-qing，DuanDe—yu，HeYu，MeiRong-cheng蚕丝支架韧带材料的机械强度和体外降解性【J】．中国组织工程研究与临床康复，2008，12(19)：3770-3774杨绪峰，贾庆卫蚕丝人工韧带复合骨髓基质干细胞的实验研究．论文康建敏，左健人工韧带材料与膝关节韧带损伤.中国组织工程研究第16卷第12期2012–03–18出版6.秦江辉，王骏飞，史冬泉，蒋青\t"/qk/97753A/201308/_blank"《蚕丝带韧带支架材料研究进展》[J].中国矫形外科杂志,2008(10).7.于淼，刘忆冰.人工韧带修复膝关节交叉韧带损伤.中国组织工程研究第17卷第8期2013–