多孔细菌纤维素/聚乳酸—羟基乙酸聚合物/羟基磷灰石复合纤维支架生物相容性研究

[摘要] 目的 探讨多孔细菌纤维素/聚乳酸-羟基乙酸聚合物/羟基磷灰石（BC-PLGA-HA）复合支架的生物相容性。 方法 采用溶液浇铸/粒子沥滤法进行BC-PLGA-HA多孔复合支架的制备，测定支架抗张强度和孔隙率，作细胞MG-63培养为对照组，对支架对MG-63细胞增殖、黏附活性以及对碱性磷酸酶（ALP）活性的影响进行评价。 结果 多孔BC-PLGA-HAP支架孔隙率及抗拉强度分别为（64.3±5.6）%、（8.925±0.913） N/mm2，BC-PLGA-HAP 支架对成骨样细胞具有较高的增殖及ALP活性。 结论 多孔BC-PLGA-HAP 复合支架作为一种新型支架材料，具良好的生物相容性及孔隙率。

[关键词] 细菌纤维素；聚乳酸-羟基乙酸聚合物；羟基磷灰石；纤维支架；生物相容性

[中图分类号] R318.08 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2013）07（a）-0004-02

Study the biocompatibility of porous bacteria cellulose/poly lactic-glycolic acid polymer/hydroxyapatite composite scaffolds

WANG Hong-zhong YAO Zhi-wen YANG An

Shajing People's Hospital of Baoan District in Shenzhen City，Guangdong Province，Shenzhen 518104，China

[Abstract] Objective To study the biocompatibility of porous bacteria cellulose/poly lactic-glycolic acid polymer/hydroxyapatite composite scaffolds composite scaffold （BC-PLGA-HA）. Methods By solution casting/particulate leaching method for BC-PLGA-HA porous composite scaffolds prepared，tensile strength and porosity of stents were detected，for MG-63 cells cultivation as the control group，with support for MG-63 cell proliferation and adhesion activity and ALP activity influence were evaluated. Results The porous BC-PLGA-HAP scaffold porosity and tensile strength were （64.3±5.6）%，（8.925±0.913） N/mm2，BC-PLGA-HAP scaffold for osteogenesis cells with high proliferation and ALP activity. Conclusion The porous BC-PLGA-HAP composite scaffolds as a new scaffold material，with good biocompatibility and porosity.

[Key words] Bacteria cellulose；Poly lactic glycolic acid polymer；Hydroxyapatite；Composite scaffolds；Biocompatibility

应用支架材料时首先选择单一组织工程材料很难同时满足生物体对支架材料亲水性、力学强度以及生物相容性等多因素的要求，为了能够同时满足这些要求，研究者尝试通过将几种生物材料进行组合混合使用，来达到预期的使用目的[1-2]。基于这个思路本研究选用溶液浇铸/粒子沥滤法进行多孔细菌纤维素/聚乳酸-羟基乙酸聚合物/羟基磷灰石（BC-PLGA-HA）复合支架的制备，在其相关理化性、体外生物相容性及组织工程中分析其应用的可行性。

1 资料与方法

1.1 仪器与试剂

1.1.1 主要仪器

电热恒温鼓风干燥箱，CO2培养箱，YJ-1450型超净工作台，LDZ5-2台式离心机，JSM-6360LV电子显微镜，倒置相差显微照相系统，HTS7000 Plus多孔板高效分析仪。

1.1.2 主要试剂

高糖DMEM培养基、胰蛋自酶、胎牛血清均购自美国Gibco公司，二甲基亚砜、四甲基偶氮唑盐购自美国Sigma公司，Braford蛋自含量检测试剂盒，碱性磷酸酶（ALP）试剂盒购自南京凯基生物科技发展有限公司，成骨样细胞MG-63由四川大学口腔疾病国家重点实验室提供。

1.2 分组、细胞培养

将成骨样细胞MG-63复合于BC-PLGA-HA支架材料及接种于培养板底部，分为多孔BC-PLGA-HA组和对照组，按操作要求培养换液，培养接种5 d后，浸洗、固定，脱水15 min，电镜扫描观察。

1.3 方法

1.3.1 支架理化分析

1.3.1.1 抗张强度 将多孔BC-PLGA-HA支架剪成一定形状，用千分尺对其宽、厚度进行测量[3]。根据公式&b=F/A （A表示支架截面面积，F表示支架最大拉力），采用万能电子拉力实验机计算出支架抗张强度[4]。

1.3.1.2 孔隙率 记录支架重为VS，用乙醇装满记录重量为W1，然后在该瓶乙醇中进行浸泡，支架孔中充满乙醇后，瓶子乙醇溢出，将此时的重量记为称重记录。把浸满支架取出后称重记录为W[5]。

1.4 生物相容性的检测和评价

采用MTT比色法和ALP活性检测生物相容性。评价标准参照美国药典和中华人民共和国国家标准[6]。

1.5 统计学方法

采用SPSS 13.0软件进行统计学分析，计量资料采用x±s表示，采用t检验，计数资料用%表示，采用卡方检验，以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

多孔BC-PLGA-HA支架孔隙率以及抗拉强度分别为（64.3±5.6）%和（8.925±0.913） N/mm2，对照组孔隙率、抗拉强度分别为（48.6±4.6）%、（7.620±1.080） N/mm2；BC-PLGA-HA支架对成骨样细胞具有较高的增殖及ALP活性。ALP活性检测：将MG-63细胞置于对照组或多孔BC-PLGA-HA组培养基中进行8 d培养生长，然后进行ALP测定，结果显示，多孔BC-PLGA-HA组各项指标均高于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）（表1）。

3 讨论

生物支架是组织工程极为重要的因素之一，能起到支持种子细胞及模板的作用，是细胞附着的基本支架和代谢场所。支架尺寸大小、结构形状以及孔隙率对细胞增殖和分化可产生严重干扰[7]。姚志文等[8]认为孔径在100～200 m较适合细胞生长。相互贯穿孔形态以及外支架的高孔隙率（>90%）均有利于传输营养、血管和神经内生，以及促进细胞种植生长[9-10]。

孔隙率以及抗拉强度是衡量生物材料理化性质的重要指标。材料在断裂之前能够达到最大应力值，即为抗拉强度，能够代表材料部分性质的力学性能[11-12]。孔隙率和材料亲水性具有较大相关性，一般孔隙率越高，支架材料的吸水率就越高，其生物的相容性才能越高[13]。本研究所制备的多孔BC-PLGA-HA支架孔隙率以及抗拉强度分别为（64.3±5.6）%、（8.925±0.913） N/mm2；理论上来说已经满足了组织工程支架材料力学的要求，内部结构支架贯通好，能够同时拥有较高的力学强度和孔隙率，与细菌纤维素（BC）本身的物理机械性能或支架制备时聚乳酸-羟基乙酸聚合物（PLGA）溶液已经向BC内部立体网状结构进行液渗透等有关[14]，BC本身高亲水性以及支架的多孔结构可能引起高孔隙率[15]。因此，其可以修复人体功能和负荷区。

在培养后测量MG-63细胞内ALP活性发现，多孔BC-PLGA-HA支架孔隙率以及抗拉强度分别为（64.3±5.6）%、（8.925±0.913） N/mm2，BC-PLGA-HA支架对成骨样细胞具有较高的增殖以及ALP活性。将MG-63细胞在对照组或多孔BC-PLGA-HA组培养基中进行8 d的培养生长，然后再进行ALP测定，结果显示，多孔BC-PLGA-HA组各项指标均高于对照组，差异有统计学意义（P < 0.05）。说明多孔BC-PLGA-HA复合支架更有利于MG-3细胞的增殖和成骨分化。

综上所述，多孔BC-PLGA-HA复合支架作为一种新型支架材料，具备良好的力学性能、生物相容性以及孔隙率。

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（收稿日期：2013-05-24 本文编辑：林利利）