申请者在近年来从分子水平研究蛋白与细胞/生物材料界面反应的基础上结合美国MIT分子自组装的纳米生物技术而设计的用于骨修复和骨组织工程的三维纳米仿生基质材料。通过合成可自组装的RADA16肽,并在其上接枝成骨细胞膜表面受体特异识别的结合位点RGD。自组装形成的纳米纤维水凝胶将提供细胞生长的仿细胞外基质微环境。该仿生基质与可控降解速率的无机聚合物聚磷酸钙的复合,将提供给仿生基质更理想的力学强度和具微孔的骨支架。该材料还将通过体外降解规律及成骨过程的模拟,设计和建立降解速率与成骨速率匹配的模型。本课题的完成将拓展分子自组装纳米生物技术在组织工程中的应用,为骨修复和骨组织工程提供新型的仿生基质材料,也为组织工程材料的研究提供新的思路和方法。
针对当前生物材料和组织工程支架急需的提高其生物活性、可控降解性和促再生功能性等研究的热点问题,本项目成功设计并研制了一种新型骨修复材料掺锶聚磷酸钙(SCPP)。通过对该材料制备工艺的研究,建立了计算聚合度的数学模型,其分子主链为"-P-O-P-"键,在结构上仿ATP;细胞试验表明,该键的断裂为细胞生长提供了能量,明显促细胞生长。为解决SCPP的降解可调控性,通过对制备工艺条件中保温时间和温度两个变量对聚合度,晶型结构等的影响,进而改变其降解速率的分析,建立了相应的非线性数学模型。根据此模型可找出与临床组织再生相匹配的降解速率所对应的制备条件。本项目模拟体内降解过程,发现巨噬和破骨细胞对SCPP降解机理有重要影响。锶的加入使CPP的晶型,降解性能及细胞相容性等均有显著改变。植入试验表明,在非生长因子的情况下SCPP比HA和β-TCP具有明显的促血管化和促成骨的功能。这是一种更为理想的硬组织修复材料,也是很好的可控降解骨组织工程支架材料。本项目为了进一步扩大SCPP应用范围,探索了制备SCPP/壳聚糖复合材料的多种方法,对其性能的初步研究证实该复合材料将作为骨修复和药物缓释载体被广泛应用。