作者: ‖ 时间:2022-03-22 ‖ 来源: ‖ 点击:88
口腔材料在口腔科学的发展过程中起着巨大的推动作用,每一次口腔材料的进步都会推动口腔科学向前迈进一大步,口腔科学的每次划时代的进步都是与新的口腔材料在口腔科的应用联系在一起的。
当前,纳米技术的革命性发展使其成为科学与技术领域活跃的学科。随着人们对天然生物体性能与细微结构的逐步认识,相信21世纪的纳米材料将在口腔医学中占有非常重要的位置,在口腔医学中可用于人造骨、人造牙齿、牙齿的修复、牙病的等,因此,纳米材料的发展将极大地推动口腔医学的发展,为口腔材料的改进和创新提供了巨大的发展空间。
《中国组织工程研究》杂志2022年10期“纳米口腔生物材料”栏目发表了2篇文章,分别介绍了纳米改性聚己内酯微球的构建及对牙髓细胞的生物学效应,以及构建淫羊藿苷/聚己内酯纳米纤维膜及体外促成骨能力。
聚己内酯-多巴胺-纳米羟基磷灰石微球:在聚己内酯多孔微球表面修饰多巴胺,以增加其亲水性和结晶位点,随后在模拟体液原位形成纳米羟基磷灰石,从而得到表面改性的聚己内酯纳米微球。
支架材料:组织工程必的3个条件之一,在组织工程中支架可作为细胞运输的载体,为细胞的定植、黏附、增殖和分化提供三维空间环境,并在细胞外基质的形成过程中被逐步降解。
背景:聚己内酯具有良好的热稳定性、生物相容性、降解速率可调等优点,有作为组织工程支架应用于牙髓组织工程的潜能,但其亲水性和生物活性较差。
方法:采用双乳化法制多孔聚己内酯微球,通过聚多巴胺进行表面改性,得到PCL-PDA微球,提高其亲水性和结晶能力;通过模拟体液在PCL-PDA微球表面原位形成纳米羟基磷灰石涂层(分反应7 d组与反应14 d组),得到PCL-PDA-nHA微球。通过扫描电镜、X射线光电子能谱技术和蛋白吸附实验检测各组微球的理化性质,通过溶血实验、凝血因子激活实验和血小板凝集实验检验各组微球的血液相容性。将4组微球分别与人牙髓细胞共培养,CCK-8法检测细胞增殖,碱性磷酸酶、茜素红与天狼星红染色分析微球的矿化诱导能力。
结果与结论:①扫描电镜显示,4组微球为均匀疏松的多孔结构,微球直径无明显差异,微球孔隙率为87.4%,孔隙直径在20-50 μm之间;X射线光电子能谱显示,聚多巴胺和纳米羟基磷灰石有效修饰到聚己内酯表面;蛋白吸附实验显示,改性后的材料可增强血清白蛋白的吸附能力;②溶血实验显示,4组微球的溶血率在1%以下,不会造成明显的溶血;凝血因子激活实验显示,各组改性聚己内酯微球对凝血影响较小;扫描电镜显示,各组微球表面无明显的血小板聚集;③CCK-8检测显示,各组改性微球表面的细胞增殖均快于聚己内酯微球;④碱性磷酸酶、茜素红与天狼星红染色显示,各组改性微球的矿化诱导能力均强于聚己内酯微球,其中PCL-PDA-nHA-14 d微球与 PCL-PDA-nHA-7 d微球的矿化诱导能力强于PCL-PDA微球;⑤结果表明,PCL-PDA-nHA纳米微球的血液相容性良好,可促进人牙髓细胞的增殖和矿化。
牙髓组织借狭窄的根尖孔与根尖周组织相连,内部缺乏有效的血液侧支循环,一旦感染炎症,自身的及修复能力有限。目前,绝大多数牙髓感染的患牙都是通过摘除坏死的牙髓组织、封闭根管系统以实现消除感染、保留患牙的目的,然而根管需要摘除全部牙髓,牙齿失去了牙髓的营养供给,牙体折裂的风险增加。特别是牙髓坏死的年轻恒牙,这类患牙根尖孔敞开,根管壁薄,抗折能力差,易发生根折。因此,再生性牙髓逐渐成为了牙髓的未来发展趋势之一。
聚己内酯是经典的人工合成可降解高分子材料,具有良好的热稳定性、生物安全性和相容性。相比于聚乳酸-羟基乙醇酸共聚物等高分子,聚己内酯在降解过程中不产生酸性物质,更利于促进组织再生;同时,聚己内酯可通过双乳液法制形成多孔微球,用以搭载多种生物活性物质。然而,聚己内酯亲水性较差,不利于细胞黏附,缺乏矿化诱导能力,这些都限制了其在生物医学方面的应用。表面功能化能够有效提高材料的亲水性和矿化诱导能力。目前,聚多巴胺因良好的生物安全性、在温和条件下能够有效黏附在多种亲疏水表面、良好的细胞黏附性等优势而被广泛用于多种生物材料的表面修饰。
此次实验制了聚己内酯多孔微球,并通过聚多巴胺涂层促进多孔微球表面原位生成纳米羟基磷灰石,从而形成纳米羟基磷灰石和聚多巴胺功能化的聚己内酯多孔微球,该可注射多孔支架具有良好的亲水性能、优越的细胞相容性和高的矿化诱导活性,可以满足再生性牙髓的临床应用需求。
淫羊藿苷:为淫羊藿的提取物,淫羊藿是中国常用中药,具有很高的药用价值。淫羊藿苷可以促进成骨细胞的增殖与分化并促进矿化结节形成,同时抑制成骨细胞凋亡与破骨细胞的骨吸收,有促进骨髓细胞DNA合成的作用,具有“补骨”作用,对骨质疏松有良好的防治效果。
聚己内酯:是ε-己内酯单体在金属阴离子络合催化剂催化下开环聚合而成的高分子有机聚合物,为白色固体粉末,无毒,不溶于水,易溶于有机溶剂,具有良好的生物相容性及生物降解性,可用作细胞生长支持材料,可与多种常规塑料互相兼容,自然环境下6-12个月即可完全降解。
背景:在骨组织工程中,静电纺丝的应用使得促成骨生长因子能够更长久的发挥作用。研究表明,淫羊藿苷可促进MC3T3-E1细胞的增殖。
目的:构建载淫羊藿苷/聚己内酯纳米纤维膜,评估其生物相容性及体外促成骨能力。
方法:采用同轴静电纺丝技术制淫羊藿苷/聚己内酯纳米纤维膜,表征其微观形貌及体外药物释放。体外培养MC3T3-E1细胞,分4组处理:空白组常规培养细胞,纳米纤维膜组加入聚己内酯纳米纤维膜,药物组加入含淫羊藿苷的培养基,实验组加入淫羊藿苷/聚己内酯纳米纤维膜,检测各组细胞骨架形态、增殖、碱性磷酸酶活性及骨钙素mRNA表达。
结果与结论:①扫描电镜显示,淫羊藿苷/聚己内酯纳米纤维膜具有三维立体的网状交织的结构,相互交错,空隙大小均一,孔径100-200 µm,纤维平均分布范围为300-600 nm;②观察淫羊藿苷/聚己内酯纳米纤维膜1个月内的药物释放累积量,开始1-5 d药物有突释现象,释药量达45%左右,后期药物呈缓慢持续释放,到30 d时药物释放量达80%以上;③培养24 h后激光共聚焦显微镜下可见,细胞黏附于纳米纤维膜生长,细胞肌动蛋白走行及细胞内部结构清晰;④CCK-8检测显示,实验组培养4,7 d的细胞增殖快于其他3组(P 0.05);⑤实验组诱导培养7,14,21 d的碱性磷酸酶活性均高于其他3组(P 0.05),诱导培养7 d的骨钙素mRNA表达高于其他3组(P 0.05);⑥结果表明,采用静电纺丝法可构建淫羊藿苷/聚己内酯纳米纤维膜,该膜具有良好的体外释药性能与促成骨性能。
种植牙已经成为牙齿缺失后的方案,达到良好的骨结合是检测种植成功的金标准,但临床中因创伤、牙周病、根尖周炎等原因导致骨量不足的情况需要引导骨再生,植入物周围的骨愈合遵循膜内成骨的模式和顺序,首先形成编织骨,然后再形成平行纤维状和层状骨。在成骨过程中需要一层膜在骨缺损区和软组织间建立屏障,维持成骨需要的空间,防止软组织过快的长入,同时能持续释放生长因子或者药物促进MC3T3-E1细胞的成骨和分化。目前临床常用的引导骨再生屏障膜为可吸收膜,以bio-gide为代表,但其价格昂贵。
实验首次采用同轴静电纺丝技术成功合成了淫羊藿苷/聚己内酯纳米纤维膜,其孔径呈三维立体结构,孔径大小均一,分布范围约300-600 nm,有利于细胞吸附,并且成功实现了淫羊藿苷药物的缓慢持续释放;激光共聚焦结果显示淫羊藿苷/聚己内酯纳米纤维膜可增加细胞铺展面积,并且细胞骨架结构更加清晰;CCK-8 细胞增殖检测与碱性磷酸酶活性检测显示,淫羊藿苷/聚己内酯纳米纤维膜能够有效的促进MC3T3-E1细胞的增殖和分化;RT-qPCR 显示,淫羊藿苷/聚己内酯纳米纤维膜缓释药物能够有效的促进骨钙素mRNA 表达。此次实验结果为临床寻找有效可靠的引导骨再生屏障膜提供了理论依据及数据支持。
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