成骨生長肽(OGP(10-14)改性聚乳酸仿生骨修復材料的制備及細胞相容性研究畢業(yè)論文

1、成骨生長肽（OGP(10-14)）改性聚乳酸仿生骨修復材料的制備及細胞相容性研究摘 要聚乳酸材料作為一種具有較好生物相容性的可降解材料，在組織工程領域具有廣泛的應用前景。然而聚乳酸要真正應用于生物醫(yī)學工程領域,還需要克服諸多缺陷,如親水性生物活性低,仿生改性使克服這些缺限的有效途徑。聚乳酸和聚乳酸仿生改性材料在理化性能及其生物相容性等方面的差異使聚乳酸仿生改性材料在組織工程領域的仿生骨修復研究更有價值。本研究是將成骨生長肽OGP(10-14)通過酰胺反應共價接枝到馬來酸酐改性聚乳酸的支鏈上，制備得到一種新型聚乳酸基仿生骨修復材料OGP(10-14)-MPLA，提高材料的成骨活性。采用X 射線光

2、電子能譜儀（XPS）、傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）、元素分析儀（EA）、氨基酸分析儀（AAA）、和差示掃描量熱儀（DSC）等分析儀器對合成材料進行結構表征。通過對合成材料的吸水率和靜態(tài)水接觸角檢測研究其親水性，模擬體內(nèi)環(huán)境測定材料的體外降解性能，最后通過研究成骨細胞在合成材料上的生長和分化并評價其細胞相容性。主要研究內(nèi)容和結論如下：1. OGP(10-14)-MPLA的制備和表征以1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亞胺鹽酸鹽（ EDC）和 N-羥基琥珀酰亞胺（ NHS）為縮合劑，將成骨生長肽OGP(10-14)中的氨基與馬來酸酐改性聚乳酸材料（MPLA）中的酸酐通過酰胺反應，將OGP(1

3、0-14)接枝到MPLA側鏈上。通過對材料樣品的紅外光譜分析、元素分析、氨基酸分析 和 X射線分析，其結果表明：活性多肽OGP(10-14)已成功接枝到馬來酸酐改性聚乳酸支鏈上，得到新型聚乳酸仿生基質(zhì)材料OGP（10-14）-MPLA，并通過數(shù)據(jù)分析得出 OGP(10-14)在 OGP（10-14）-MPLA 材料中的平均含量約為 2.46 mol/g，接枝效率為 12.40%；DSC對材料檢測結果表明，OGP(10-14)-MPLA的玻璃化轉變峰值溫度（Tg）為68.50，略高于MPLA的玻璃化轉變峰值溫度。2. OGP（10-14）-MPLA的基本理化性能通過對MPLA和OGP(10-14

4、)-MPLA材料的吸水率、靜態(tài)水接觸角進行檢測，實驗結果表明：與MPLA相比，OGP(10-14)-MPLA的靜態(tài)水接觸角較小、吸水率較高，因此改性后的聚乳酸材料提高了材料的親水性。通過對OGP OGP(10-14)-MPLA和MPLA材料進行體外模擬降解實驗測定其所溶介質(zhì)的pH值結果表明：與MPLA材料相比，OGP(10-14)-MPLA材料在降解過程中介質(zhì)的pH值始終高于MPLA ，酸致自催化降解的程度減少，pH值變化速率也相對穩(wěn)定。由于多肽OGP(10-14)的引入使材料的降解體系發(fā)生了變化，使OGP(10-14)-MPLA具有可控的降解性能。3. OGP(10-14)-MPLA的細胞相

5、容性研究將大鼠乳鼠的成骨細胞與MPLA和OGP(10-14)-MPLA聚合物材料在體外共培養(yǎng)，從細胞粘附形態(tài)、增殖、分化和礦化等幾個方面考察了兩種改性聚乳酸材料的生物相容性。結果表明：與在MPLA材料上培養(yǎng)的細胞相比，成骨細胞在OGP(10-14)-MPLA材料上的粘附比例更高，細胞形態(tài)更好，其增殖能力、分化能力和礦化能力都顯著提高，成骨生長肽OGP(10-14)引入聚乳酸材料中，促進了材料的促成骨生物活性。關鍵詞： 聚乳酸，成骨生長肽，成骨細胞，生物相容性，骨修復ABSTRACTPolylactic acid（PLA）， a biodegradableand renewable materi

6、al, has a broad market prospect in the field of biomedical materials. The modified PLA has an advantage over the PLA in terms of physicaland chemical properties and biological compatibility, etc. Thus, so modified polylactic acid has become popular in the study of bone tissue engineering. In this st

7、udy , osteogenesis growth peptide (OGP (10-14) ) was grafted into the side chain of the maleic anhydride modified PDLLA (MPLA) via a stable covalent amide bond, using 1-ethyl-3-(3-dimethyllaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC) and N-Hydroxysuccinimide(NHS) as the condensing agent to produce

8、biomimetic MPLA materials (OGP（10-14）-MPLA). The characterization of the biomimetic biomaterials was by means of the Fourier transform infrared spectrometry (FTIR), Amino acid analyzer (AAA), Elementary analysis (EA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Differential scanning calorimeter (DSC)

9、 were used to estimate the structures and the properties of the biomimetic biomaterials, The hydrophilic, in vitro biodegradation and biocompatibility of the synthetic biomaterials were researched. The main works and conclusions are as follows:1. Thepreparationandcharacterizationof modifiedpolylacti

10、c acid materials The OGP (10-14) was grafted into the side chain of MPLA by amidation reaction with MPLA as the raw materials. The FTIR, AAA ,EA, XPS and DSC analyses revealed that OGP (10-14) was successfully modified into MPLA and the average contents of OGP (10-14) in OGP (10-14)-MPLA materials w

11、as 2.46 mol/g and the coupling efficiency was 12.40%. The DSC results showed that the glass transition temperature of OGP (10-14)-MPLA was 68.50, and the glass transition temperature of OGP (10-14)-MPLA was higher than the glass transition temperature of MPLA.2. The basic physical and chemical prope

12、rties of the modified PDLLAThe basic physical and chemical properties of MPLA and OGP (10-14)-MPLA materials were characterized by the molecular weight, water absorption rate and static water contact angle. The experiment results showed that the molecular weight of OGP (10-14) -MPLA was higher than

13、that of MPLA; the static water contact angle of OGP (10-14) -MPLA was lower than MPLA; the water absorption rate of OGP (10-14) -MPLA was higher than MPLA; so the hydrophilicity of modifiedpolylactic acid materials was improved. The results about the pH of degradation medium by OGP (10-14) MPLA and

14、MPLA obtained from hydrolytic degradation indicated that the pH of degradation medium of OGP (10-14)-MPLA was higher than MPLA and the acid induced auto-catalysis of OGP (10-14)-MPLA was weaker than MPLA. This shows that the in vitro degradation stability of OGP (10-14)-MPLA was higher than MPLA, be

15、cause due to the polypeptides OGP (10-14) was grafted into the MPLA.3. The cytocompatibility of the modified PDLLARat calvarial osteoblasts were seeded on the polymer films of OGP (10-14)-MPLA and MPLA materials in vitro culture, respectively, The cytocompatibility was evlauted based on the results

16、of cell adhesion, spreading, proliferation, differentiation and mineralization. The results indicated that OGP (10-14) MPLA, as compared to MPLA materials, had significantly promoted osteoblasts adhesion , proliferation, differentiation and mineralization. The OGP (10-14) grafted into MPLA, which pr

17、omoted bioactivity of materials. Keywords：Polylactic acid（PLA）, osteogenesis growth peptide, osteogenesis, cytocompatibility, bonerepair目 錄摘 要IABSTRACTIII目 錄V主要縮略詞VIII1 緒 論11.1課題研究的目的、意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢41.2.1 聚乳酸及其改性聚乳酸材料的研究41.2.2 成骨生長肽的研究51.3 研究的基本思路及主要內(nèi)容61.3.1研究的基本思路61.3.2 研究內(nèi)容71.4本論文的創(chuàng)新點72 成骨生

18、長肽改性聚乳酸材料的合成和表征82.1前言82.2 實驗部分82.2.1 主要材料和設備82.2.2 成骨生長肽OGP（10-14）改性聚乳酸的制備92.2.3 OGP（10-14）-MPLA的結構表征102.3 結果與討論112.3.1實驗合成的改性聚乳酸材料112.3.2 OGP（10-14）-MPLA紅外吸收光譜112.3.3 OGP（10-14）-MPLA 的元素分析122.3.4 OGP（10-14）-MPLA的氨基酸分析152.3.5 OGP（10-14）-MPLA的熱性能分析152.3.6 OGP（10-14）-MPLA 的X射線光電子能譜分析162.3 討論182.4 本章小結

19、193 成骨生長肽改性聚乳酸的理化性能研究203.1 前言203.2實驗部分203.2.1 主要材料和設備203.2.2 分子量和分子量分布的測定213.2.3 改性聚乳酸的吸水率檢測213.2.4 靜態(tài)水接觸角分析213.2.5 降解性能測定213.3 實驗結果223.3.1 材料親/疏水性的測定結果223.3.2 改性聚乳酸材料降解性能的測定結果223.3 討論233.3.1 聚乳酸改性材料的親/疏水性能233.3.2 聚乳酸改性材料的體外生物降解性能243.4 本章小結254 成骨生長肽OGP（10-14）改性聚乳酸材料的生物相容性研究264.1 前言264.2 實驗部分264.2.1

20、主要材料和設備264.2.2 功能聚乳酸材料薄膜的制備274.2.3 成骨細胞的培養(yǎng)284.2.4 成骨細胞在改性聚乳酸材料上的形態(tài)學觀察284.2.5成骨細胞在改性聚乳酸材料上的粘附和鋪展284.2.6成骨細胞在改性聚乳酸材料上的增殖能力284.2.7 成骨細胞在改性聚乳酸材料上的分化能力294.2.8 成骨細胞在聚乳酸改性材料膜上的礦化能力294.2.9統(tǒng)計分析304.3 實驗結果304.3.1改性聚乳酸材料膜對成骨細胞形態(tài)、粘附和鋪展的影響304.3.2改性聚乳酸材料對成骨細胞增殖的影響324.3.3改性聚乳酸材料對成骨細胞分化的影響334.3.4改性聚乳酸材料對成骨細胞礦化的影響354

21、.3 討論374.4 小結385 結論與展望405.1 結論405.2 后續(xù)工作展望41致 謝42參考文獻43附 錄43A.作者在攻讀碩士學位期間科研及發(fā)表的論文情況43B.作者在攻讀碩士學位期間取得的科研成果目錄43 主要縮略詞英文縮寫英文全稱中文名稱PDLLAPoly (D,L-lactide)D,L-聚乳酸OGPOsteogenesis growth peptide成骨生長肽MPLAMaleic anhydride modified PDLLA馬來酸酐改性聚乳酸OGP (10-14)-MPLAMPLA modified with OGP (10-14)成骨生長肽OGP (10-14) 和

22、馬來酸酐改性聚乳酸 DADinmine二胺MGF-Ct24EThe C-terminal 24 amio acids peptide in the E domain of MGF力生長因子E結構域羧基端24肽ECMExtracellular matrix細胞外基質(zhì)EDC1-Ethyl-3-(3-dimethyllaminopropyl) carbodiimide hydrochloride1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽NHSN-HydroxysuccinimideN-羥基琥珀酰亞胺FTIRFourier Transform Infrared Spectrometry傅立葉變換紅

23、外光譜儀AAAamino acid analysis氨基酸分析儀EAElementary analysis元素分析儀DSCDifferential Scanning Calorimeter差示掃描量熱計BPOBenzoyl peroxide過氧化二苯甲酰DPLADinmine Modified PLA二胺改性聚乳酸RGDArg-Gly-Asp精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸MALLSMulti-Angle Laser Light Scattering多角度激光光散射儀XPSX-ray photoelectron spectroscopyX 射線光電子能譜儀MwWeight-Average Molecu

24、lar Weight重均分子量CCK-8Cell Counting Kit-8CCk-8 試劑盒ALPAlkaline Phosphatase堿性磷酸酶BMPBone morphogenetic protein骨形態(tài)發(fā)生蛋白DAPI4,6-diamidino-2-phenylindole4,6-二脒基-2-苯基吲哚1 緒 論骨組織工程材料主要研究一種可以引導骨組織和細胞移植或骨再生的天然生物可降解材料或人工合成的生物可降解材料來替代骨組織工程中的細胞外基質(zhì)(ECM)。細胞的形態(tài)、粘附、遷移、增殖、分化和礦化功能等都與細胞外基質(zhì)有著密切的聯(lián)系，所以，細胞外基質(zhì)在骨修復過程的促成骨功能中起著重要作

25、用。生物體仿生細胞外基質(zhì)的生物材料是生物醫(yī)學材料中理想的骨組織再生和修復材料 殷麗華,韓雨芝,余紅豆. 納米羥基磷灰石復合支架材料生物性能的研究進展.2013,42(6):729-732.。良好生物相容性、骨誘導能力和可控的生物降解性以及可起到一定支撐作用的機械強度是理想的仿生細胞外基質(zhì)材料必須具備的條件2 Freed LE, Vunjak-Novakovic G, Biron RJ. Biodegradable polymer scaffolds for tissue engineering.Nat Biotechnol.1994,12(7):689-693., Kim B-S,Mooney

26、 DJ,Development of biocompatible synthetic extracellular matrices for tissue engineering.Trends Biotechnol.1998,16(5):224-230.。近年來，關于利用材料仿生對胞外基質(zhì)的功能進行模擬一直是骨組織工程的研究重點，選擇和制備優(yōu)良的仿生基質(zhì)材料成為骨組織工程中十分重要的任務。1.1課題研究的目的、意義骨是一種有機-無機復合生物材料，當生物體內(nèi)骨組織或細胞由于各種原因出現(xiàn)損傷，對其進行處理后，會造成體內(nèi)骨組織的缺損，這種情況下，僅依靠生物體自身的骨修復能力很難愈合，需要通過骨移植手術

27、。中國因骨科疾病、交通事故和自然災害等導致嚴重的骨組織損傷或功能喪失，每年有幾百萬人需要進行骨移植手術，在骨修復過程中需要大量的骨移植材料。臨床上進行骨移植的方法主要包括自體骨移植，同種異體骨移植和高分子聚合物等人工骨替代材料移植三種。目前，臨床上常使用的骨移植治療方法是將患者自身其他部位的骨通過手術取出部分后再移植到待修復部位以促進該部位骨的修復和再生，即自體骨移植，但是自體骨移植在手術過程中會對患者身體造成二次損傷，易引炎癥反應，且體內(nèi)其他部位骨組織可取的量較少 LaurencinC，KhanY，El-AminSFBone graft substitutesJExpert RevMedDe

28、vices，2006，3( 1) :4957。同種異體骨移植材料能避免二次手術，同時還具有自體骨的一些優(yōu)點，但因免疫排斥反應等生物安全性問題，影響了該骨移植治療方法對體內(nèi)缺損骨的治愈效果。由于自體骨移植和同種異體骨移植對骨組織損傷或缺失等修復和其功能重建仍存在許多不足，目前關于人工骨修復材料研究成為熱點，其具有廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻们熬啊ｋS著生物醫(yī)學和骨組織工程的發(fā)展，研究者通過調(diào)控高分子材料的組成、化學結構等以模仿天然骨的促成骨活性因子和內(nèi)部結構，有望得到具有天然骨功能的新型仿生骨修復材料。骨組織工程主要是把細胞生物學與工程學相結合，將具有成骨潛力的種子細胞種植到天然或人工合成的支架材料上，支

29、架材料作為種子細胞的載體將種子細胞植入到骨損傷部位，在植入支架材料不斷降解的同時，種子細胞增殖分化為新生骨組織，從而實現(xiàn)體內(nèi)骨受損部位的修復和再生 CraneGM，IshaugSL，Mikos AG Bone tissue engineeringJ Nat Med，1995，1( 12) :13221324, 崔福齋.骨組織工程的發(fā)展趨勢J.中國醫(yī)療器械信息,2010, 16 (2 ):16-21.。骨組織工程研究的三個關鍵要素包括具有骨支撐作用的材料、具備成骨潛能的種子細胞、能夠促進骨生長的活性因子。骨修復支架材料為生物體細胞提供黏附和生長代謝的場所，支架材料具備的內(nèi)部結構和性能直接影響?zhàn)じ?/p>

30、和生長在其上的組織細胞的形態(tài)和功能。在骨組織工程中，所選擇的理想骨組織工程支架材料必須具備如下幾點特性：（1）良好的生物相容性。材料本身及其降解產(chǎn)物不能對機體產(chǎn)生毒副作用和炎癥反應，且組織細胞在材料上易于粘附和生長即要對細胞的黏附、增殖和分化等起促進作用；（2）良好的生物降解性。支架材料作為種子細胞載體，同時也對植入部位組織起到支撐作用，其可控的降解性可通過自身降解避免對生物體再進行手術取出。支架材料的降解速度需要與組織細胞的生長速度保持動態(tài)平衡，當組織細胞的生長和修復完成的同時其植入體內(nèi)支架材料應能被完全降解并吸收；（3）良好的材料-細胞界面。植入體內(nèi)的骨組織支架材料直接與細胞接觸，骨修復材

31、料要促進組織和細胞的正常生長和表達，則需具備利于細胞黏附、鋪展和增殖的界面；（4）可塑性和一定的機械強度。骨組織材料要求能利用本身結構和性能的可塑性根據(jù)骨損傷區(qū)域組織細胞的形態(tài)進行重塑以適應組織周圍環(huán)境，能夠為新生骨組織提供一定的支撐，以維護骨組織生長的空間環(huán)境，直到新生骨組織自身具備支撐能力，因此也要求支架材料具有一定的機械支撐能力 Thomson RC, Yaszemski MJ, Powers JM, et al. Hydroxyapatite fiber reinforced poly (alpha-hydroxy ester) foams for bone regeneration

32、J. Biomaterials, 1998, 19(21): 1935-1943.；（5）具有一定的促進骨生長的生物活性。骨修復材料攜帶一定的生物活性因子，能誘導細胞分化，起到加速受損骨組織愈合；（6）材料易保存和滅菌。材料通過殺菌消毒后，其自身化學結構和功能不能被破壞 Lacroix D,Chateau A,Ginebra MP,et al.Micro-finite elementmodel of bone tissue engineering scaffoldsJ. Biomaterials. 2006;27(30):5326-5334., 趙天源，孫紅.骨組織工程支架材料及其血管化的研究

33、進程J.中國組織工程研究, 2013, 17(38):6832-6838.。綜上可知，現(xiàn)階段研究的仿生骨組織修復材料仍很難達到理想骨組織工程支架材料的要求，其中高分子生物材料在骨組織仿生修復材料中對骨組織的修復具有較大的優(yōu)勢。生物材料中高分子材料作為仿生生物材料的重要組成部分，包括合成高分子材料和天然高分子材料，其種類繁多，在仿生組織工程領域應用廣泛。其中聚合物高分子材料（如聚乳酸、聚羥基戊酸、聚羥基丁酸、聚羥基乙酸等），可通過調(diào)控其分子結構、分子量等來控制其理化性能可以更好的促進材料的仿生功能田豐、成國祥、劉長軍. 骨組織損傷修復生物醫(yī)用材料的研究進展. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備, 2005, 26(2

34、):22-25.。由于聚羥基丁酸的力學性能和親水性較差，有研究通過將羥基丁酸和乙二醇嵌段通過化學合成反應得到聚合物，改善其在仿生材料中存在的這些問題Zhao Q,Cheng GX. Preparation of biogegradable poly (3-hydroxybutyrate) and poly- -(ethylene glycol) multiblock copolymersJ.J Materals Science,2003,22: 3829-3831 .。聚合物仿生骨修復材料具有促進細胞黏附、增殖和分化等功能；可控的降解能力和力學性能；具有良好的可塑性，可以通過設計及改進合成方法

35、來改變材料的表面特性和分子結構，使其更有利于引入和攜帶具有生物活性的因子。在眾多高分子材料中，聚乳酸材料具備以上優(yōu)點，研究和利用聚乳酸基仿生骨修復材料是骨組織工程領域的熱點。但是聚乳酸作為骨修復材料仍存在一些問題，主要表現(xiàn)為：（1）降解速度可控性差。聚乳酸材料在體內(nèi)環(huán)境中，受到各種因素的影響其結構很容易被破壞，無法控制材料的降解速度，從而導致其在體內(nèi)所起的支撐時間無法控制；(2)機械強度低。材料由于內(nèi)部結構和分子量的差別，導致其抗壓能力差；(3)容易引起炎癥反應。材料在體內(nèi)降解會產(chǎn)生大量的酸性物質(zhì)，從而促進材料的酸自催化現(xiàn)象，酸性物質(zhì)的增加會對生物體內(nèi)組織和細胞產(chǎn)生影響；(4)親水性差。材料的

36、親水性影響了細胞相容性，從而降低了細胞在材料上的粘附和生長，在其上生物活性表達能力差 Nampoothiri KM, Nair NR, John RP. An overview of the recent developments in polylactide (PLA) research J. Bioresource Technol,2010,101(22):8493-8501., Bertoldi C, Zaffe D, Consolo U. Polylactide/polyglycolide copolymer in bone defect healing in humansJ. Bio

37、materials, 2008, 29(12):1817-1823., Puppi D, Chiellini F, Piras AM, et al. Polymeric materials for bone and cartilage repairJ. Prog Polym Sci ,2010,35(3): 403-440.。為克服聚乳酸材料存在的缺點，能達到材料在組織工程領域的骨修復材料的基本要求，從理想的骨組織工程修復材料出發(fā)，尋找一種兼有聚乳酸材料良好生物相容性和生物降解性，同時具備優(yōu)良力學性能和親水性的聚合物材料并引入某些生物活性因子，提高聚乳酸材料的生物活性，使其促進骨組織修復和骨再

38、生。隨著對聚乳酸材料的仿生作用優(yōu)化研究的不斷深入，將具有生物活性的膠原蛋白和多肽等引入到聚乳酸材料中，利用活性因子與體內(nèi)細胞的特異性結合，以促進改性聚乳酸材料上粘附細胞的生長。聚乳酸仿生修飾主要包括化學改性和物理改性兩種方法 Yang J, Bei J Z, Wang S G. Enhanced cell affinity of poly(D,L-lactide) by combining plasma treatment with collagen anchorage J.Biomaterials, 2002, 23(12): 2607-2614., Zhu Y B, Chian K S,

39、Chan M B, et al. Protein bonding on biodegradable poly(L-lactide-co- caprolactone) membrane for esophageal tissue engineering J. Biomaterials, 2006, 27(1): 68-78.，其中由于物理方法改性聚乳酸依靠的是材料的吸附特點，這樣得到的改性材料所含活性因子不均勻或不穩(wěn)定。因此，聚乳酸仿生改性多采用化學改性，其主要是通過共聚法或側鏈接枝方法將活性因子接枝到聚乳酸材料上。國內(nèi)外已有大量關于將生物活性因子通過化學改性方法共價接枝到聚乳酸等生物材料的研究

40、。Cook Cook AD, Hrkach JS, Gao NN, et al. Characterization and development of RGD-peptide- modified poly(lactic acid-co-lysine) as an interactive, resorbable biomaterial J. J Biomed Mater Res. 1997, 35: 513-523. 和Chen R Chen R, Curran SJ, Curran JM, et al. The use of poly(l-lactide) and RGD modified

41、microspheres as cell carriers in a flow intermittency bioreactor for tissue engineering cartilageJ. Biomaterials, 2006, 27(25): 4453-60.等，利用共價接枝方法將可調(diào)控成骨細胞在細胞外基質(zhì)上的粘附性的活性多肽RGD引入到改性聚乳酸材料上，并通過實驗研究證明該新型聚乳酸基仿生材料可促進細胞在材料表面的粘附，可誘導細胞在支架材料上的遷移和增殖。但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，多肽RGD引入到聚乳酸材料中，使聚乳酸材料的降解性能、分子量和力學性能降低，且引入的RGD多肽促進成骨細胞分化能

42、力差，導致其促成骨效果差。劉磊力等 劉磊力，鄭永攢，羅知非. 膠原改性聚乳酸的制備及細胞相容性研究 J. 高?；瘜W工程學報,2013,27(2):360-364.通過將膠原蛋白活性因子引入到聚乳酸材料中，并證明該改性材料具有生物特異性，有利用于提高聚乳酸材料親水性，但膠原改性聚乳酸仍不能控制其在生物體內(nèi)的降解速率，所具有的生物活性較弱。理想的仿生骨修復材料應具備良好的生物相容性，可控的降解性能以及能為新生骨提供一定的支架作用，同時應具有促成骨生物活性。尋找理想的仿生骨修復材料一直是骨組織工程領域的研究熱點，為更好的解決骨修復和再生有著重要的價值。為此需找到一種具有明確促進骨生長的活性因子，并能

43、通過化學改性方法接枝到聚乳酸材料中，以提高聚乳酸材料促進骨生長的能力，從而擴大其在骨組織工程領域的應用范圍。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢1.2.1 聚乳酸及其改性聚乳酸材料的研究聚乳酸（PLA）屬于生物可降解脂肪族聚酯，其降解的最終產(chǎn)物為水和二氧化碳，具有良好的生物相容性、無毒、無刺激、可塑性好等優(yōu)點屬于綠色環(huán)保型材料，被廣泛用于組織工程支架、骨缺損部位填充劑、藥物緩釋材料、聚乳酸塑料等 Marc-Olivier M, Silke M, et al. Human fetal bone cells associated with ceramic reinforced PLA scaffo

44、lds for tissue engineeringJ. Bone, 2008, 42(3): 554-564., Christian W, Steven P. Schwendeman.Principles of encapsulating hydrophobic drugs in PLA/PLGA microparticles Review ArticleJ. International Journal of Pharmaceutics, 2008,364(2): 298-327., Mehta R, Kumar V, Bhunia H, et al. Synthesis of poly(l

45、actic acid): a reviewJ. Journal of Macromolecular Science: Part C: Polymer Reviews, 2005, 45(4): 325-349., Kalambur S, Rizvi SSH. An overview of starch-based plastic blends from reactive extrusionJ. Journal of Plastic Film and Sheeting, 2006, 22(1): 39-58.。聚乳酸具有旋光性，主要包括聚（L-乳酸）（PLLA）、聚（D-乳酸）（PDLA）和聚（

46、D，L-乳酸）（PDLLA）等幾種不同的旋光異構體，由于乳酸旋光性的影響，這三種聚乳酸材料的物理性能也存在著差異，在聚乳酸支架材料改性研究中使用的旋光性聚乳主要為PLLA和PDLLA Middleton J C, Tipton A J.Synthetic biodegradable polymers as orthopedic devices J. Biomaterials，2000,21（23）:2335-2346.。在骨組織工程中，聚乳酸仿生骨修復材料主要作用是為體內(nèi)組織細胞提供生長空間并促進骨細胞增殖和分化為組織或器官，并利用高分子材料的降解性能在體內(nèi)緩慢降解最終被生物體吸收，使材料能在

47、生物體內(nèi)對骨的愈合作用達到較好效果。目前聚乳酸材料在對骨、神經(jīng)、皮膚、血管等組織和器官的培養(yǎng)研究已取得很大進步 樊國棟，張春梅. 聚乳酸在醫(yī)學領域應用研究進展J.科技導報2010，28（19）：103-107.，并在研究過程中不斷總結經(jīng)驗和改進，以擴展聚乳酸在組織工程材料領域中的應用范圍。隨著聚乳酸材料應用的不斷廣泛，關于聚乳酸材料的研究也在不斷發(fā)展，但聚乳酸仍存在親水性差、材料酸性降解不可控和生物活性較低等問題。近年來，針對聚乳酸存在的這些問題，出現(xiàn)了大量關于聚乳酸仿生改性的研究 Edlund U, Kallrot M, Albertsson A C. Single-step covalen

48、t functionalization of polylactidesurfacesJ. Journal of the American Chemical Society. 2005, 127(24): 8865-8871., Dong Y C and Feng S S. In vitro and in vivo evaluation of methoxy polyethylene glycolpolylactide (MPEGPLA) nanoparticles for small-molecule drug chemotherapyJ. Biomaterials.2007,28（28）:4

49、154-4160., Luo Y F, Wang Y L, Niu X F, et al. Synthesis and Characterization of a Novel Biomaterial:Maleic Anhydride-modified Poly(dl-lactic acid)J. Chinese Chemical Letters, 2004, 15(5):521-524.。聚乳酸通過化學方法改性后得到的改性聚乳酸材料具有分子量可控、仿生目的性強、處理效果好等優(yōu)點。骨修復材料中的仿生改性是將某些有利于細胞生長的活性多肽、膠原、生長因子等生物活性因子通過化學改性的方法引入到生物支架

50、材料中制得仿生細胞外基質(zhì)材料。由于單純聚乳酸材料上的活性位點少，與生物活性因子結合效果差，經(jīng)過進一步改性研究發(fā)現(xiàn)，將某些活性基團（如聚賴氨酸、馬來酸酐等）接枝改性到聚乳酸材料上，不僅提高了聚乳酸的理化性能，還增加了聚乳酸材料上的活性位點，有利用于聚乳酸材料與生物活性因子結合。Barrera Barrera DA, Zylstra E, Lansbury PT, et al. Synthesis and RGD peptide modification of a new biodegradable copolymer: poly(lactic acid-co-lysine) J. J Am Ch

51、em Soc, 1993, 115(23):11010-11011. 和Yu Yu H, Guo XJ, Qi XL, et al. Synthesis and characterization of arginine-glycine-aspartic peptides conjugated poly(lactic acid-co-L-lysine) diblock copolymer J. J Mater Sci: Mater Med, 2008, 19(3):1275-1281.等將聚賴氨酸與聚乳酸共聚反應，得到了一種聚賴氨酸-聚乳酸改性材料，使聚賴氨酸的側鏈上含有氨基，再將 RGD 等粘

52、附多肽共價接枝到改性聚乳酸材料上，獲得了由生物活性因子改性的聚乳酸材料，可促進細胞在材料表面的黏附，遷移和增殖。牛旭峰 牛旭峰.聚（D,L-乳酸）基仿生細胞外基質(zhì)的組組織工程基質(zhì)材料研究D.重慶.重慶大學,博士學位論文，2006.等將聚乳酸與馬來酸酐通過共聚反應得到馬來酸酐改性聚乳酸（MPLA），并利用改性材料上存在的活性位點進一步與二胺（DA）和粘附肽（RGDS）進行化學改性使其活性位點與多肽結合得到二胺改性聚乳酸材料（DPLA）和粘附肽改性聚乳酸材料（BPLA），馬來酸酐改性聚乳酸材料上具有活性基團可與功能多肽等結合，從而可使材料上含有利于提高其細胞相容性的生物活性因子，提了材料的親水性，

53、可促進細胞在改性聚乳酸材料表面的粘附及鋪展以利于細胞的生長。李玉筱 李玉筱.力生長因子24肽修飾的聚乳酸仿生骨基質(zhì)材料的研究(D). 重慶. 重慶大學, 博士學位論文，2012.等將力生長因子（MGF-Ct24E）與馬來酸改性聚乳酸材料通過化學改性方法結合得到力生長因子24肽改性聚乳酸材料（MGF-Ct24E-MPLA），通過對該材料進行力學性能測試和細胞相容性研究，證明該新型仿生聚乳酸材料增強了聚乳酸材料的力學性能，并有利于細胞在改性聚乳酸材料上的粘附和生長。這些將生物活性多肽引入到聚乳酸材料的研究，為聚乳酸仿生材料在骨組織工程領域的進一步研究和應用奠定了基礎。1.2.2 成骨生長肽的研究成

54、骨生長肽（osteogenic growth peptide ，OGP）由Bab等 Bab I, GazitD, ChorevM, et a.l Histone H4related osteogenic growth peptide(OGP): anovel circulating stimulator ofosteoblastic activity J. EMBO, 1992, 11(5): 1867-1873.于1992年首次從骨髓組織中分離，并純化得到的生長因子，具有促進成骨細胞增殖及促成骨作用，對骨髓損傷有系統(tǒng)性應答，其在體內(nèi)可促進骨組織的合成代謝，激活造血系統(tǒng)，在體外有利于骨細胞的增

55、殖和分化。完整成骨生長肽（OGP）由Ala-Leu-Lys-Arg-Gln-Gly-Arg-Thr-Leu- Tyr-Gly-Phe-Gly-Gly 氨基酸序列組成，研究證明，組蛋白H4（histoneH4, HH4)羧基末端的14位殘基序列與成骨生長肽的氨基酸序列完全相同，組蛋白H4 mRNA的翻譯起始點的改變完成了OGP的生物合成 Thomson RC, Yaszemski MJ, Powers JM, et al. Hydroxyapatite fiber reinforced poly (alpha-hydroxy ester) foams for bone regeneration

56、J. Biomaterials, 1998, 19(21): 1935-1943. 。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，成骨生長肽不僅能促進骨細胞的增殖和分化，還能促進細胞中鈣鹽的沉淀及細胞的礦化，促進組織中骨的形成，增加骨密度，加速骨折愈合。成骨生長肽（OGP）臨床應用也在不斷增加，主要包括骨折、股骨頭壞死、骨不連和骨質(zhì)疏松等疾病的治療 Bab I , Smith E , Gavish H , et al.Biosynthesis of Osteogenic Growth Peptide via alterative translational initiation at AUG85 of histone H4

57、mRNAJ, J Biol Chem, 1999, 274 (20),14474-14481., Z.-Y. Zhao, L. Shao, H.-M. Zhao, et al. Osteogenic growth peptide accelerates bone healing during distractionJ, J. Int. Med. Res.2011 ,39(2）:456463., L. Vanella, D.H. Kim, D. Asprinio, et al. HO-1 expression increases mesenchymal stem cell-derived osteoblasts but decreases adipocyte lineageJ,Bone ,2010,46(1) :236243., 陳曉, 羅貝爾, 蘇佳燦. 成骨生長肽促成骨作用的