關(guān)節(jié)疾病與組織損傷是威脅人類健康的頑固性疾病之一,發(fā)病率高而且難以治愈。采用人工材料實(shí)現(xiàn)組織缺損的填充、置換、再生,是當(dāng)今世界多學(xué)科交叉的前沿課題,具有非常廣泛的應(yīng)用前景,但也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。人工材料的設(shè)計(jì)與合成、結(jié)構(gòu)操控、生物活性與生物功能的實(shí)現(xiàn)與調(diào)控等是成功地構(gòu)建組織工程材料與器件的關(guān)鍵難題。
天然關(guān)節(jié)軟骨組織是典型的高分子水凝膠結(jié)構(gòu),并且沿軸向呈多層次有序分布,具有極高的潤滑特性和抗壓性能。合成高分子水凝膠雖具備高含水量和生物活性,但往往力學(xué)性能較差,無法承受人體負(fù)荷。雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠體系是一類耐壓縮的新型水凝膠材料,其壓縮強(qiáng)度可高達(dá)17MPa,壓縮破壞應(yīng)變可達(dá)90%。但仍需進(jìn)一步提高其耐壓強(qiáng)度和抗應(yīng)變、抗蠕變特性。
寧波材料所生物醫(yī)用高分子材料團(tuán)隊(duì)發(fā)展了雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠思想,對剛性的第一網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行納米復(fù)合,通過引入剛性的納米粒子,形成由柔性交聯(lián)點(diǎn)與剛性交聯(lián)點(diǎn)共同構(gòu)成的第一網(wǎng)絡(luò),再與第二網(wǎng)絡(luò)結(jié)合,得到的水凝膠壓縮強(qiáng)度提高到70MPa以上,而且壓縮形變高達(dá)98%仍不破壞(圖1),該材水凝膠材料可能在關(guān)節(jié)修補(bǔ)方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。有關(guān)研究成果發(fā)表在英國皇家化學(xué)會旗下的Soft Matter雜志上(Soft Matter 2012, 8, 6048-6056)。
圖1.納米復(fù)合雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備(左)、壓縮形變(右)與壓縮強(qiáng)度(下)
除此以外,功能納米顆粒與高分子水凝膠復(fù)合,既可賦予材料特定的生物功能,也便于對材料的結(jié)構(gòu)與生物功能進(jìn)行操控。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了具有磁性的納米羥基磷灰石,通過磁場誘導(dǎo),成功地對具有成骨活性的納米羥基磷灰石在水凝膠體系中的空間分布進(jìn)行了操控。研究表明,磁性納米羥基磷灰石具有比普通納米羥基磷灰石更強(qiáng)的成骨細(xì)胞誘導(dǎo)活性,其在水凝膠支架中的空間分布,對成骨細(xì)胞在支架上的粘附與增殖行為具有顯著的調(diào)控作用(圖2)。該研究為設(shè)計(jì)與構(gòu)建具有仿生結(jié)構(gòu)與細(xì)胞行為調(diào)節(jié)功能的高分子水凝膠組織工程支架體系提供了新的思路。
圖2. (左)磁性納米羥基磷灰石,(右)成骨細(xì)胞在納米復(fù)合水凝膠上的形態(tài),(下)磁性納米粒子空間分布對成骨細(xì)胞粘附與增殖的調(diào)控效果
上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金,寧波市自然科學(xué)基金,寧波材料所所長基金前瞻性項(xiàng)目資助。
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