兼具自矿化与成骨诱导特性的六磷酸肌醇-锌水凝胶的制备及性能评价

摘要

目的 构建一种负载六磷酸肌醇-锌的水凝胶，同时初步评估其在自矿化和成骨诱导方面的性能，为骨再生材料开发提供研究基础。方法 利用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（methacryloyloxyethyltrimethylammonium chloride,DMC）和四臂聚乙二醇丙烯酸酯共聚形成水凝胶框架DF₀，再依次借助静电作用和螯合作用负载六磷酸肌醇阴离子和锌离子。仅负载六磷酸肌醇阴离子的水凝胶被命名为DF₁，同时负载六磷酸肌醇-锌的水凝胶被命名为DF₂。通过扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）、透射电镜（transmission electron microscope,TEM）、能量色散X射线光谱仪（energy dispersive spectroscopy,EDS）、选区电子衍射（selected area electron diffraction,SAED）等手段表征DF₀、DF₁、DF₂水凝胶自矿化效果；借助死/活细胞染色、CCK-8实验测定DF₀、DF₁、DF₂水凝胶生物相容性；通过碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）和茜素红S（alizarin red S,ARS）染色评估DF₀、DF₁、DF₂水凝胶对小鼠胚胎成骨细胞前体细胞（mouse embryonic osteoblast precursors,MC3T3-E1）的成骨诱导能力；在上述细胞实验中，均以普通培养基饲养的细胞作为对照组。结果 DF₀、DF₁、DF₂水凝胶被成功合成，其中DF₁、DF₂可在6 d内产生明显的自矿化现象；TEM、EDS、SAED结果证实DF₁组矿化产物为无定形磷酸钙，而DF₂组产物为无定形磷酸锌钙；生物相容性实验结果显示，DF₀、DF₁、DF₂水凝胶未对细胞存活及增殖产生影响；成骨诱导实验中，DF₁组和DF₂组的ALP及ARS染色都有所加深，其中DF₂组两种染色结果最深。结论 本研究构建的六磷酸肌醇-锌水凝胶（DF₂）可通过自矿化实现钙磷化合物生成，同时兼具良好的成骨诱导特性；这种生物相容性良好的双重促成骨水凝胶为骨再生提供了一种新的策略。

关键词

生物材料 / 六磷酸肌醇 / 天然化合物 / 螯合作用 / 锌离子 / 自矿化 / 成骨诱导 / 水凝胶 / 骨再生