目的 本研究拟构建微米级矩形水凝胶凹槽,探究人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)在三维空间约束条件下的形态和排列规律.方法 使用四臂-聚乙二醇-丙烯酸酯水凝胶制备宽度为60 μm、100 μm、140 μm的矩形微凹槽,检测其尺寸和纤连蛋白(fibronectin,FN)黏附情况;在FN包被的微凹槽中接种HUVECs,培养48 h后检测细胞的形态和取向,利用鬼笔环肽标记细胞骨架和激光共聚焦显微镜观察水凝胶微凹槽中HUVECs细胞骨架取向,以无微图案平面为对照.结果 构建的水凝胶微凹槽形态均一、结构完整,边缘清晰,宽度误差<3.5%,不同宽度水凝胶微凹槽的深度差异较小,FN黏附均匀,为细胞提供了微图案化的生长界面.对照组中细胞排列杂乱,取向随机,细胞取向角为(46.9±1.8)°,而水凝胶微凹槽中细胞取向角显著减小(P<0.001),但随着水凝胶微凹槽宽度增加而增大,60 μm、100 μm、140 μm水凝胶微凹槽中细胞取向角分别为(16.4±2.8)°、(24.5±3.2)°、(30.3±3.5)°;与对照组相比较(35.7%),不同宽度水凝胶微凹槽中取向角<30°的细胞数量增多(P<0.001),但随着水凝胶微凹槽宽度增加,取向角<30°的细胞数量逐渐减少(79.9%、62.3%、54.7%),而取向角60°～90°的细胞数量逐渐增加(P<0.001).微凹槽中细胞胞体变小、变圆,细胞沿微凹槽方向排列,细胞骨架排列发生相应改变,对照组中细胞骨架纤维丝排列方向随机,取向角为(45.5±3.7)°,各取向角内骨架纤维数量分布均匀,但60 μm、100 μm、140 μm的水凝胶微凹槽中的细胞骨架蛋白纤维取向角显著降低,分别为(14.4±3.1)°、(24.7±3.5)°、(31.9±3.3)°,不同宽度水凝胶微凹槽中取向角<30°的骨架纤维数量明显增加(P<0.001),但随着水凝胶微凹槽宽度增加,取向角<30°的骨架纤维数量逐渐减少,而取向角60°～90°的骨架纤维数量逐渐增加(P<0.001).结论 水凝胶微凹槽可调控HUVECs形态与取向,在一定程度上可模拟血管内皮细胞的在体微环境,为研究血管内皮细胞的独特生理功能提供了更符合生理条件的实验模型,但三维空间约束影响血管内皮细胞形态和组装的分子机制有待进一步研究.

背景:目前临床皮肤创面愈合仍然是一大难题,而具有免疫调节功能的生物材料成为当下组织修复领域的研究前沿,因此,研究具有免疫调节功能的创面敷料具有重要意义.目的:制备不同构型精氨酸改性壳聚糖水凝胶,评估其促大鼠创面愈合的能力.方法:①体外实验:采用EDC/NHS体系分别合成了单纯左旋精氨酸、单纯右旋精氨酸及左旋精氨酸与右旋精氨酸联合改性的壳聚糖材料,以醛基化的四臂聚乙二醇为交联剂,通过席夫碱反应构建精氨酸改性壳聚糖水凝胶,依次命名为CS-L、CS-D、CS-DL水凝胶,表征水凝胶的理化性能.将3种水凝胶浸提液分别与成纤维细胞共培养,采用CCK-8法及活死染色评价水凝胶的细胞相容性,通过划痕实验评价水凝胶对成纤维细胞迁移能力的影响.将3种水凝胶分别与大鼠红细胞悬液共孵育,评估水凝胶的血液相容性.将3种水凝胶浸提液分别与巨噬细胞RAW264.7共培养,评估水凝胶对细胞产生NO及极化分型的影响.②体内实验:采用随机数字表法将36只成年SD大鼠分为4组,每组9只,在每只大鼠背部制作2个2 cm×2 cm的全层皮肤缺损创面,对照组创面滴加生理盐水,CS-L组、CS-D组、CS-DL组创面分别滴加对应的水凝胶,包扎固定.术后定期观察创面愈合情况;术后3,10,21 d取材,进行苏木精-伊红染色;术后10 d取材,进行M2型巨噬细胞免疫荧光染色.结果与结论:①体外实验:扫描电镜下可见3种水凝胶内部均有明显的互穿网络结构,孔径范围70-200 μm;3种水凝胶均具有良好的溶胀性能、降解性能、自愈合性能及合适的机械强度.3种水凝胶具有良好的细胞相容性与血液相容性,可促进成纤维细胞的迁移.3种水凝胶均具有促进巨噬细胞极化的能力,其中CS-D水凝胶促巨噬细胞极化能力最强;CS-L水凝胶具有促进巨噬细胞产生NO的能力.②体内实验:术后3,10 d,CS-L组、CS-D组大鼠创面愈合率高于对照组(P<0.05);术后21 d,3种水凝胶组大鼠创面愈合率高于对照组.苏木精-伊红染色显示,术后3 d,各组大鼠创面组织中都有大量炎性细胞浸润,伴有新生血管及成纤维细胞;术后10 d,对照组创面中仍有较多炎性细胞浸润,其他3组炎症情况有所改善,特别是CS-D组炎症细胞减少较为明显;术后21 d,各组创面上皮修复良好,CS-L组和CS-D组基本无炎症细胞浸润,对照组仍有少量炎症细胞浸润.免疫荧光染色显示,CS-D组M2型巨噬细胞数量多于其他3组(P<0.05).③结果表明:不同构型精氨酸改性壳聚糖水凝胶可以通过不同机制促进创面愈合.

目的 构建并制备具有固有抗菌黏附性的聚乙二醇(PEG)-聚赖氨酸(PLL)注射型水凝胶,探究其各项性能及在牙周炎治疗中的效果.方法 ε-聚赖氨酸通过酰胺化反应与四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺戊二酸酯交联获得水凝胶.通过傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜等对材料进行表征分析,考察不同配比材料的抗菌性能、生物相容性、凝胶化时间、溶胀性和力学性能,确定最佳配比;评估其黏附强度;体内构建大鼠牙周炎模型,验证PEG-PLL水凝胶在牙周炎中的疗效.结果 成功构建了 PEG-PLL水凝胶,其中当PLL浓度为20 mg/mL时水凝胶具有良好的抗菌性能、力学性能、凝胶化时间及较低的溶胀率,且无明显的细胞毒性,产生约15 kPa的黏附力.动物体内实验证实该水凝胶可有效阻止牙周炎骨缺损的进一步发展,促进骨缺损修复.结论 PEG-PLL水凝胶具有良好的固有抗菌、生物相容性,并有一定的组织黏附性,可促进牙周炎骨缺损的修复.

[目的]为减少晚期关节结核人工关节置换术后复发风险,探索钛合金材料表面利福平缓释涂层的可行性,并研究其体内外药物释放特性.[方法]通过迈克尔加成反应在钛合金(titanium alloy,Ti alloy)材料表面形成聚多巴胺(poly dopamine,PDA)薄膜;将利福平(rifampicin,RFP)粉剂加载入交联淀粉(crosslinked starches,CS)及四臂巯基聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)中构建水凝胶,通过浸渍-提拉法涂覆于PDA薄膜表面,制成Ti-PDA-PEG-CS-RFP (Ti-PPCR)涂层.用高效液相色谱法(HPLC)检测Ti-PPCR在模拟体液中药物释放特点;将载药量为6.2 mg的Ti-PPCR钛合金片置入20只新西兰大白兔右侧股骨髁内,分别于术后5、10、15、20 d处死取材,应用HPLC检测术后实验材料周围骨组织、肌肉组织和兔静脉血中RFP释放浓度.[结果]Ti-PPCR在模拟体液中RFP在前3d释放速率较快,累积释放量占总药量的63.2％,随后释放趋于平缓,总释放率为79.2％,总释放时间达9d.体内骨组织和肌肉组织中药物浓度迅速上升,到第5d都达到最高峰,随后平缓降低,总释放周期分别可长达20 d和10d,且都在最小杀菌浓度以上,静脉血液中未测到利福平.[结论]钛合金表面构建的Ti-PPCR利福平缓释涂层,有一定的利福平局部缓释能力.

目的 构建及评价钛表面聚乙二醇水凝胶、载庆大霉素交联淀粉微球抗感染药物控释系统的表面特征、溶胀行为、体外释药、抑菌性能、体内抗感染性能与生物相容性.方法 制备交联淀粉(cross-linked starch,CSt),使用CSt负载庆大霉素(gentamicin,GEN)制成载药交联淀粉微球(GEN@CSt)并加入四臂巯基聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)制备载药水凝胶;在钛金属表面构建聚多巴胺(poly dopamine,PDA)涂层;将载药水凝胶附着于PDA涂层表面,并覆盖聚乳酸-聚羟基乙酸(poly lactic-co-glycolic acid,PLGA)阻隔层,制成层次为Ti-PDA-PEG(GEN@CSt)-PLGA的复合涂层.体外表征复合涂层的形貌与溶胀特性,检测复合涂层的体外释药行为.使用金黄色葡萄球菌(SAU)、表皮葡萄球菌(SEP)、大肠埃希菌(ECO)菌株行体外抑菌实验.取36只新西兰大白兔制作股骨髁骨感染模型,并随机分为3组,分别植入负载庆大霉素复合涂层的钛棒、未负载庆大霉素的复合涂层钛棒与裸钛棒,评价体内抗感染效果.另取12只兔随机分为两组,分别于股骨髁植入复合涂层钛棒与裸钛棒,观察材料的体内生物相容性.结果 复合涂层牢固黏附在钛金属表面,呈光滑、半透明状.不同CSt/PEG配比溶胀行为表现不同,不含淀粉的凝胶平衡溶胀度比值维持在7.4;CSt/PEG配比达到1∶1后,平衡溶胀度比值维持在3.0.体外释药实验显示前8h释放速率较快,前7d的累积释放量约占药物总量的83％,总释放周期达13d.体外抑菌实验中,抑菌环平均直径SAU组为(3.6±0.13)cm,SEP组为(3.4±0.11)cm,ECO组为(3.7±0.10) cm.体内抗感染实验显示载药复合钛棒组动物伤口感染、发热、体重改变、白细胞计数与病理学炎症反应均优于未载药复合钛棒组和裸钛棒组.体内生物相容性实验显示,载药复合钛棒组和裸钛棒组在纤维组织增生和炎性反应方面变化基本一致.结论 Ti-PDA-PEG(GEN@CSt)-PLGA复合涂层具有合理的释药行为,能抑制常见致病菌生长,具有优异抗感染性能,生物相容性良好,是一种有潜力的骨科抗感染局部药物控释体系.

目的 通过基质金属蛋白酶2 (matrix metalloproteinase 2,MMP2)敏感多肽Gly-Pro-Leu-Gly-Ile-Ala-Gly-Gln(GPLGIAGQ)修饰的细胞穿膜肽(transcriptional activator protein,TAT)与聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)相连,并通过酸敏感顺式乌头酸键连接阿霉素(doxorubicin,DOX),构建具有胞内特异性释药功能的纳米递药系统,研究其理化性质和体外抗肿瘤活性.方法 将DOX用顺式乌头酸酐(Cis-aconitic acid,CAA)进行修饰生成连接有酸敏感顺式乌头酸键的阿霉素(Cis-aconitic-DOX,CAD),将CAD连接至四臂聚乙二醇(4-arm PEG)上制备得到PEG-CAD,将MMP2敏感多肽GPLGIAGQ修饰的TAT连接至4-arm PEG-CAD上制备出GPLGIAGQ-TAT-PEG-CAD并在去离子水中自组装形成纳米粒GTPC.利用核磁表征GTPC的结构;粒度分析仪和透射电镜测定纳米粒的粒径及外观形貌;利用HPLC法测定CAD中酸敏感键断裂效率;体外模拟体内正常组织、肿瘤微环境和胞内环境pH,利用动态透析法研究药物控释效率;MTT实验验证GTPC对乳腺癌MDA-MB-231细胞的毒性作用.结果 核磁共振氢谱证实GTPC合成成功;测定纳米粒GTPC的粒径为132.1 nm;透射电镜观察到纳米粒结构圆整,平均粒径为90 nm;酸敏感实验证实CAD具有较好的胞内酸响应性;pH值为5.5时纳米粒24 h的累积释药量约为80％;体外细胞毒和细胞内摄研究表明,GTPC对乳腺癌MDA-MB-231细胞有较好的杀伤作用.结论 利用MMP2敏感多肽GPLGIAGQ修饰TAT使其具有选择特异性,并具有胞内酸敏释药功能的纳米粒,能够有效实现纳米粒的高效入胞及在肿瘤细胞内晚期内涵体和溶酶体精准释药,提高抗肿瘤药物的生物利用度,有待进一步研究.