可注射的生物降解水凝胶.pdf

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1、复旦大学博士学位论文可注射的生物降解水凝胶姓名：朱文申请学位级别：博士专业：高分子化学与物理指导教师：丁建东20031108复口人学博J‘学位论史摘要组织工程是世纪之交以来科学技术界的一个新的学科生长点。它将是2l世纪外科学的一次革命。生物材料是组织工程的关键技术之一。本博士论文的主题为一种组织工程材料——可注射性聚合物水凝胶。相比预塑形的多孔支架，可注射性水凝胶具有不需要动用手术刀、可以根据被填充的组织空腔的任意复杂形状而凝胶化成型等优点，是组织工程中一个出现较晚、但很有特色的一类材料。可注射性组织工程材料的范例是PEO．PP

2、O—PEO三嵌段共聚物(即所谓Pluronics)水凝胶。该材料已经被美国大范围申请专利保护。为了取得有特色的生物材料研究，我们经与从事组织工程的组织构建工作的医生深入交流而认识到：现有的Plurouics材料用于组织工程时，存在着降解速率难以控制和凝胶化后易于在组织培养液中再次溶解的缺点。因此，本论文采用了化学凝胶的手段。考虑到该类生物材料的未来用途，该化学凝胶被设计成可以注射之后在人体环境中交联、同时又能够在人体环境中可控降解。我们希望将来实现这样的一条思路：将可降解的、亲水的大分子单体与细胞悬液以及细胞生长因子混合，通过注

3、射的方法可将可流动的混合悬液注入体内缺损部位，在体温下使大单体溶液原位交联从而将细胞包裹固定，交联后形成的水凝胶起到细胞多孔支架的作用；随着细胞分泌胞外基质，凝胶的逐步降解，新的组织逐渐形成，达到修复组织缺损的目的。虽然我们目前尚未进展到从事动物实验的阶段，但是。本论文所有的化学和生物学工作都是在充分考虑将来应用目的的前提下、围绕者上述可降解的化学交联水凝胶而展开。据我们所知，系统地研究上述材料在国际上也不多。在研究工作中，我们还产生了一些国际创新的思路。本论文的主要工作和创造性研究为：(一)基于可降解大单体的化学交联凝胶以及制

4、各技术。本文以被FDA批准可用于体内的亲水性聚合物为主体，共价结合被FDA批准的可用于体内的可降解的寡聚物，再共价连接可聚合基团得到可交联反应的大分子单体。我们以亲水性聚合物(PEG和Pluronics)为主体，结合可降解的寡聚酯，酰氯化后得到可交联反应的大分子单体。首先采用氧化一还原引发体系，过硫酸盐为引发剂，四甲复口人学博lj学位论文摘要基乙二胺(TEMED)为加速剂，大分子单体水溶液在体温(37。C)下形成了水凝胶。考虑到作为一种潜在的可注射性组织工程材料的要求，本文系统研究了可注射性化学交联水凝胶的制备条件、降解性能、力

5、学性能、溶胀度和吸水率等物理特性。例如：经多次实验，我们掌握了通过控制引发剂和加速剂浓度使凝胶化时ff

6、'j适宜注射操作的制备条件；当条件合适时，37℃水介质条件下的凝胶化过程中，体系温度仅升高0．6℃，因此，原位聚合并不产生严重的热效应；经流变仪测量，我们发现所得到的水凝胶的力学性能高于相应的Pluronics水凝胶；在模拟体液的PBS缓、淬液和37"C条件下，我们从实验上验证了所得到的化学凝胶的可降解性，并且降解速率可以根据制备大单体时所引入的可降解寡聚酯的类型和长度加以大范围调节，以适应将来征对不同组织的需要，等等。(二)

7、新型可降解化学凝胶的细胞相容性评价以及凝胶的改性。本论文从事了体细胞的培养以及上述新型材料的生物相容性评价工作。实验中以鼠3T3细胞为主，还部分采用了人胚胎软骨细胞和狗骨髓基质干细胞。发现所制各的材料具有一定的细胞毒性。经对于所加入的试剂的逐一排查，我们发现：氧化还原引发体系中的加速剂是导致细胞毒性的首要原因。为此，我们采用了光引发体系，使毒性大大降低，而可降解化学凝胶的优点并未丧失。此外，不论是何种引发体系，所得到的水凝胶均导致细胞不粘附。但是，凝胶降解后，无论是种植在凝胶表面的细胞还是包裹在凝胶内部的细胞均仍然保持活性，表明

8、该凝胶本身无细胞毒性。为了提高凝胶的细胞粘附性，我们还试图基于现代分子生物学对于细胞粘附机理的认识、从分子设计的角度对于凝胶进行生物活性化改性。初步工作表明：同未改性的水凝胶相比，3T3成纤维细胞在紫外光引发交联的赖氨酸和RGDS多肽改性水凝胶薄膜表面上的粘附性能有了一定程度的改进，但尚待进一步提高。(三)新型可降解的智能水凝胶、尤其是凝胶微粒的制备和初步研究。在国际上首次采用反相悬浮聚合方法与上述大单体技术相结合，提出并实现了制备一种新型的温敏性可降解化学交联水凝胶微粒。初步研究了制备条件对于微凝胶的影响。我们通过实验证实了所

9、得到的凝胶微粒具有温敏性和可降解性，其降解速率可控，体积变化呈现LCST的转变特征，其相转变温度介于冰箱冷藏温度和人11复口人学博{+学位论文摘要体温度之I刈。(四)基于上述微凝胶的新型蛋白质药物缓释载体的思路和初步尝试。上述微凝胶制各的动机在于试图将来用于包裹