开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
- 拟研究或解决的问题
骨是成人难以再生的组织之一,在新生儿中有万分之一的骨髓细胞可以变为间充质干细胞,然而在80岁老人只有两百万分之一的骨髓细胞可以变为间充质干细胞。某些暗示骨坏死的严重意外创伤、肿瘤、慢性感染、先天性骨关节疾病等迫使外科医生切除被影响的骨,创建一个缺口从而消除受损的组织,因而骨质缺损修复已经成为骨科临床面临的一项重大难题。
骨肉瘤(osteosarcoma)是一种较常见于青少年的严重影响个人和社会的恶性肿瘤,其分化低、转移早、致残致死率极高,其特点是肿瘤细胞能直接形成骨样组织。尽管当前已有多种手段对骨肉瘤进行治疗,如放疗或化疗、瘤段骨切除后灭活回植、肿瘤型关节假体甚至截肢,但从长远来看这些方式的治疗效果仍不太乐观。
针对瘤骨修复,近年来以组织工程、再生医学及纳米科学为代表的边缘学科进行了大量的尝试来构建一种理想的生物活性骨移植材料,其中主要进展为药物定向运载和肿瘤靶向治疗。一系列纳米级的抗肿瘤药物/基因/多肽/抗体载体,如微球、脂质体、纳米颗粒、多聚物-药物偶合体等已被开发并装载于骨移植材料,用以动物试验及临床前研究,结果表明可明显降低抗肿瘤药物的毒副作用,并可使肿瘤萎缩、延长生存期。但是,对于突破软组织间室、甚至侵犯转移广泛的肿瘤病例,上述手段奏效微弱。因此手术适应症下的根治性切除,辅以上述个体化纳米治疗手段,方是提高骨肉瘤远期治疗效果的首选,所以手术残留瘤骨缺损的修复必须考虑术后肿瘤转移和复燃的问题。鉴于大部分骨肉瘤复发并非局限于幻肢残端,亦会远距离转移至肝、肺、脑等重要脏器,故如何将机体内的循环肿瘤细胞有效“趋化”或募集至骨重建周围区域实现靶向杀伤是亟待解决的科学问题。
目前骨组织工程和再生医药领域要求支架材料界面应该具备良好的生物活性和生物功能,因此仿生材料的开发已经引起越来越多的关注和研究。这种仿生材料的策略就是在支架材料表面通过吸附、共价交联、内嵌、特异性结合等方式加入骨再生因子(如相关细胞外基质蛋白、生长因子和人工肽等),使支架材料表面模拟天然骨组织细胞外微环境从而具备骨诱导特性。但是,这些方式也存在许多不足之处,如制备步骤复杂且耗时长,其中共价交联方式可能会引起骨再生因子的变性、聚集、分布不均匀等问题,而吸附方式会比共价交联更具优势,因此本课题采用层层自组装技术中的静电相互吸引作用进行“吸附”。
层层自组装技术(Layer-by-layer assembly technique,LBL)是指以分子间的静电引力、氢键、共价键、配位键、电荷转移等为驱动力,将聚电解质逐层沉积到基质表面,重复数次便可得到多层膜结构。1966年,Iler首次尝试将带相反电荷的胶体粒子交替吸附在玻璃片表面,形成厚度可控的多层薄膜。1991年,Decher等人在此基础上提出了由带相反电荷的聚电解质在液/固界面通过静电作用层层交替沉积形成多层膜的新技术,由此层层自组装技术开始得到迅猛发展。静电作用是层层自组装技术中制备多层复合薄膜材料最常见的驱动力,它利用表面带有相反电荷的不同电解质间相互交替吸附沉积,从而在基材上形成多层复合薄膜结构。
针对骨肉瘤的瘤性骨缺损修复和边缘组织的抑瘤治疗问题,拟制备一种兼具边缘组织抑瘤治疗和瘤性骨缺损修复双重功效的层层自组装体,采用层层自组装技术构建重组纤维连接/钙粘附蛋白(rFN/CDH)仿生修饰兼有载抗肿瘤药紫杉醇的胆烷酸化乙二醇壳聚糖纳米粒(HGC-PTX)的纳米级双相钙磷陶瓷(BCP)界面,多聚阴离子(rFN/CDH)和多聚阳离子(HGC-PTX)通过静电作用构建一个BCP-PEI-(rFN/CDH-PTX/HGC)n-rFN/CDH的精确多层结构,其可能机制在于:①通过EPR效应和特异性配受体作用(rFN/CDH-alpha;Ⅴbeta;3整合素),对循环系统和肿瘤间室外的残存肿瘤细胞实现募集,达到局部高浓度紫杉醇对肿瘤细胞的靶向杀伤。②通过融合蛋白rFN/CDH对成骨细胞、骨祖细胞的高效粘附促进材料-机体之间的骨性愈合。由此来期望该层层自组装体结构具有HGC-PTX纳米粒的缓慢抗癌作用和rFN/CDH蛋白质良好的促粘附促成骨活性,成为一种具有光明应用前景的兼具抑瘤和骨修复材料。
- 采用的研究手段
选取紫杉醇的最佳载体胆烷酸化乙二醇壳聚糖HGC3(取代度为4.86%),对HGC3空白纳米粒和不同紫杉醇投入比例的HGC-PTX纳米粒(5%、8%、10%、15%、20%)进行粒径测定。
以透射电镜观察HGC3-10%PTX纳米粒形态,对HGC3-10%PTX纳米粒体外稳定性进行考察。
Saos-2骨肉瘤细胞为细胞模型,用四甲基偶氮噻唑蓝比色法(MTT)评价上章制备的HGC3空白纳米粒的细胞安全性和载紫杉醇纳米粒HGC3-PTX的细胞毒性。
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