第一部分含铜硼酸盐生物玻璃支架对骨缺损修复作用的研究目的:利用合成生物材料缓释促成骨和促成血管无机金属离子(如铜离子)为骨组织再生提供了一个新的思路,也成为了近年来骨组织工程领域研究的热点之一。本实验通过制备不同铜含量的硼酸盐生物玻璃(BG-Cu)支架,研究其在模拟体液(SBF)中的离子释放和羟基磷灰石(HA)转化情况;探索BG-Cu支架体外细胞毒性以及是否增强骨髓间充质干细胞(BMSCs)的成骨和成血管分化能力;尝试通过植入BG-Cu支架促进骨缺损处的成骨和成血管能力,以达到修复大尺寸骨缺损的目的。方法:通过有机泡沫法制备含不同铜浓度(0、0.5、1.0和3.0 wt.%)的BG支架,并对支架进行孔隙率、场发射环境扫描电镜(SEM)、X射线粉末多晶衍射仪(XRD)、力学强度等检测表征其理化性能。通过ICP-AES法测定支架中铜离子的释放曲线。在体外,将BMSCs接种于支架,通过SEM、CCK-8、ALP活性和q RT-PCR等方法研究支架的细胞相容性以及支架对细胞的粘附、增殖和分化的影响。体内将支架植入SD大鼠颅骨缺损区,并通过序列荧光标记、Microfil灌注、Micro-CT、组织学检测等方法对其成骨和成血管的效果进行评价。结果:不同铜含量掺杂之后,BG支架的表面形貌、孔隙率和力学强度没有发生明显改变。在SBF中,BG-Cu支架释放铜离子并发生HA转化。体外实验中,BG-Cu支架对细胞没有明显毒性作用,BMSCs在支架上能够良好粘附及增殖。相比于BG支架,BG-Cu可以显著促进BMSCs的ALP活性以及成骨(RUNX2、BMP-2 and OPN)/成血管(VEGF和b FGF)相关基因的表达。在缺损区植入BG-3Cu支架,结果发现新生骨组织和血管明显高于植入BG支架和空白对照。结论:1.通过有机泡沫法能够得到与人体松质骨微观结构和力学强度相似的Cu-BG支架,具有良好的体外生物活性;在SBF中,BG-Cu支架释放具有成血管效应的铜离子并发生HA转化。2.与BG支架相比,BG-Cu支架可以促进细胞的粘附、增殖以及成骨/成血管分化。3.BG-3Cu支架在体内有效促进缺损区的骨组织和血管的再生和修复。第二部分含铜硼酸盐生物玻璃纤维对皮肤缺损修复作用的研究目的:血管生成(Angiogenesis)是组织创面修复与再生中一个极其重要的过程。铜元素在血管生成的过程中扮演关键角色。本实验通过制备含铜硼酸盐生物玻璃(Cu-BG)纤维,研究其在模拟体液(SBF)中的离子释放和HA转化情况;探索Cu-BG纤维浸提液对细胞的毒性、对人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的迁移、成管和VEGF分泌能力以及对成纤维细胞的成血管相关基因表达情况的影响;尝试通过全层皮肤缺损处植入Cu-BG纤维,研究其对皮肤再生和修复作用的相关机制。方法:采用喷吹法制备含不同铜浓度(0、0.5、1.0和3.0 wt.%)的BG纤维,并对其进行相关理化性能表征。通过ICP-AES法测定纤维中铜离子的释放曲线。在体外制备纤维的浸提液,并通过CCK-8研究不同BG纤维浸提液对HUVECs和成纤维细胞的毒性作用。通过transwell、成管活力和ELISA检测不同BG纤维浸提液对HUVECs的迁移、成管和VEGF分泌能力的影响。通过q RT-PCR检测不同BG纤维浸提液对成纤维细胞成血管相关基因表达情况。体内将纤维植入SD大鼠全层皮肤缺损区,并通过大体照片、Microfil灌注(Micro-CT扫描)及组织学检测等方法对成血管和促进皮肤创面愈合的效果进行评价。结果:制备的玻璃纤维的外观和质感如棉絮。在不同铜含量掺杂之后,BG纤维的表面形貌无明显差异,纤维的直径约为0.4到1.2μm,平均为0.85μm。在SBF中,Cu-BG纤维释放铜离子并发生HA转化。体外实验中,纤维的浸提液对HUVECs和成纤维细胞没有明显毒性作用,Cu-BG纤维浸提液可以显著提高HUVECs迁移、成管和VEGF分泌能力,促进成纤维细胞成血管相关基因 (VEGF、b FGF和PDGF)表达。体内将纤维植入SD大鼠全层皮肤缺损区,证实3Cu-BG纤维显著促进血管新生和加快皮肤创面愈合。结论:1.通过喷吹法能制备外观和质感如棉絮的BG纤维,并且具有良好的体外生物活性;在SBF中,Cu-BG纤维释放具有成血管效应的铜离子并发生HA转化。2.纤维的浸提液对HUVECs和成纤维细胞没有明显毒性作用,此外与BG纤维浸提液相比,Cu-BG纤维浸提液可以提高HUVECs迁移、成管和VEGF分泌能力,促进成纤维细胞成血管相关基因表达。3.3Cu-BG纤维在体内有效促进血管新生和加快皮肤创面愈合。