生物活性，PCL为基础的"自我装配"形状记忆聚合物支架的制备

Summary

支架能够适应颅颌面 （CMF） 骨缺损，同时表现出骨传导性和生物活性。该方案描述了使用溶剂铸造颗粒浸出 （SCPL） 方法制备基于聚己内酯二丙烯酸酯 （PCL-DA） 的形状记忆支架，该方法采用熔盐模板和生物活性聚多巴胺涂层。

Abstract

组织工程已被探索为治疗临界颅颌面 （CMF） 骨缺损的替代策略。这种方法成功的关键是支架能够适形地适应不规则缺陷，同时还具有必要的生物降解性、孔隙互连性和生物活性。由于其形状恢复和固定特性，形状记忆聚合物 （SMP） 支架可以实现缺陷的"自拟合"。通过这种方式，在暴露于温盐水 （~60 ºC） 后，SMP 支架将变得具有延展性，从而可以将其手工压制成不规则的缺陷。随后的冷却 （~37 ºC） 将使支架恢复到缺陷内相对刚性的状态。为了满足这些要求，该方案描述了通过使用溶剂铸造颗粒浸出 （SCPL） 方法对可生物降解的聚己内酯二丙烯酸酯 （PCL-DA） 进行光化学固化制备的 SMP 支架的制备。使用熔融盐模板实现孔互连性。为了实现生物活性，将聚多巴胺涂层涂覆到支架孔壁的表面。还描述了自拟合和形状记忆行为、孔互连性和体外生物活性的表征。

Introduction

目前考虑的颅颌面（CMF）骨缺损治疗的金标准，收获的自体移植的移植是由复杂的移植手术，供体部位发病率和有限¹阻碍。一个特别困难被整形并紧紧固定在刚性移植到缺陷，以获得骨整合和预防移植物吸收。组织工程已被调查作为一种替代战略，以自体移植和人工合成骨替代品（ 如骨水泥^）2,3。关键的组织工程方法的成功是一组特定属性的支架。第一，为了实现骨整合，支架必须形成与相邻的骨组织⁴紧密接触。该支架也应该是骨传导，允许细胞迁移，营养扩散和neotissue沉积^4,5。这种行为通常是实现了与可生物降解的SCAffolds表现出高度互联的孔结构。最后，该支架应的生物活性，以促进融合和粘接与周围骨组织^5。

在这里，我们提出了一个协议，准备组织工程支架具有这些属性。重要的是，这种支架显示能力的"自我适应"到，由于其形状记忆行为⁶不规则的CMF缺陷。温敏形状记忆聚合物（SMP系统）是已知的在暴露于经受形状改变以加热^7,8。中小事务所是由"netpoints"（即化学或物理交联），这决定了永久的形状和"转换段"，它保持暂时形状，并恢复永久的形状。开关段表现出相应于任一所述的玻璃化转变（T _克 ）热转变温度（T _反式）或熔融聚合物的转变_（Tm值）。由于其....

Protocol

1.合成PCL-DA大分子单体

1. 运行丙烯酸酯化反应。
   1. 重20克的PCL二醇_（Mn为=〜10,000g / mol的）的成250ml圆底烧瓶装配有聚四氟乙烯覆盖的磁力搅拌棒。
   2. 化解PCL二醇在DCM。
      1. 添加120 mLlof DCM至烧瓶（浓度= 0.17克/毫升）。
      2. 放置一个橡胶隔膜松散到烧瓶的颈部，以避免压力积聚，同时也防止DCM中蒸发。
      3. 在〜250rpm下为约30分钟搅动溶液以完全溶解聚合物。
   3. 添加〜6.6​​毫克的4-二甲基氨基吡啶（DMAP）到溶液中，溶解并搅拌。
   4. 放置一个橡胶隔膜牢固地插入烧瓶颈部。让溶液继续搅拌。
   5. 通过橡胶隔膜，轻轻用正_的 N 2压力针入口和一开放针吹扫烧瓶用N _2〜3分钟作为出口。
   6. 取出_N 2入口和出口。
   7. 通过配备有穿过橡胶隔片插入一针的玻璃注射器添加0.56毫升（4.0毫摩尔）三乙胺（的Et ₃ N）的溶液。
   8. 通过配备有穿过橡胶隔片插入一针的玻璃注射器添加0.65 ml的丙烯酰氯滴加（8.0毫摩尔）。
   9. 返回_的 N 2入口到烧瓶中，并允许内容物在正_N 2压力搅拌〜30分钟。
   10. 预加热的油....

Results

将所得的PCL基SMP支架是能够自我装配到一个模型CMF缺陷（图2）的。短暂暴露后温热盐水（〜60℃），圆柱形支架软化允许支架进行手动压入并展开模型缺损内。冷却至RT后，支架被固定到被从缺陷保留在除去其新的临时形状。

一个SMP支架材料的形状记忆行为由应变控制环状热机械压缩试验在形状固定性（R _f）和形状恢复_（R R）（图3）来表示定量。对于这个PCL基SMP支架，值（％）为周期N = 1和2是，R _F（1）= 102.5 0.7，R _F（2）= 101.8 _0.3，R R（1）95.3 0.9，和_R R （2）= 99.8 0.2 ^6。

在SMP支架显示高度互连的孔结构的观察通过SEM成像（ 图4A）。这是通过使用熔融盐的模板，通过加入少量的水向筛分的盐（<.......

Discussion

这个协议描述了一种聚多巴胺涂覆的，PCL-基于支架，其自入行为的制备，以及骨诱导性和生物活性，使得在不规则CMF骨缺损的治疗兴趣它。该协议的各方面可以被改变，以改变各种支架功能。

该协议开始于PCL二醇，允许UV固化的丙烯酸酯化。在所报告的实例中，PCL二醇_Mn为是〜10,000g / mol的。然而，通过适当地调整丙烯酰氯量和的Et _{3 N}的PCL-DA了PCL二醇可以被用于减少或增加，分别交联密度较高或较低的_Mn为合成期间使用。

熔盐模板是给协议（图1）的重要组成部分。平均盐大小决定了所得脚手架孔径。在所描述的例子中，平均盐大小为〜460±70＆＃181，M。而较小的盐大小可被利用，但是应当记住的是，所述支架在最后热处理步骤，这将降低孔径发生收缩。盐的筛分被利用来减小盐大小分布，因此，孔径分布。以产生具有高度互连的孔的支架，盐融合诱导通过加入少量的水（基于盐重量7.5重量％）。这是已知的孤立的NaCl粒子部分地溶解到连续po.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
聚己内酯-二醇 （Mn ~ 10,000 g/mol）	Sigma-Aldrich	440752
二氯甲烷 （DCM）	Sigma-Aldrich	D65100	在 4A 分子筛上干燥
4-二甲氨基吡啶 （DMAP）	Sigma-Aldrich	D5640
三乙胺 （Et3N）	Sigma-Aldrich	T0886
丙烯酰氯	Sigma-Aldrich	A24109
乙酸乙酯	Sigma-Aldrich	319902
碳酸钾 （K2CO3）	Sigma-Aldrich	209619
无水硫酸镁 （MgSO4）	Fisher	M65
氯化钠 （NaCl）	Sigma-Aldrich	S9888
2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮 （DMP）	Sigma-Aldrich	196118
1-乙烯基-2-吡咯烷酮 （NVP）	Sigma-Aldrich	V3409
乙醇	Sigma-Aldrich	459844
盐酸多巴胺	Sigma-Aldrich	H8502
Tris 缓冲液 （2mol/L）	Fisher	BP1759	在 10 mM 浓度下使用，pH = 8.5
筛	VWR	47729-972
紫外透射仪 （365 nm， 25 W）	UVP	95-0426-02
离心机	Eppendorf	5810 R
动态机械分析仪 （DMA）	TA Instruments	Q800
高分辨率溅射镀膜仪	Cressington	208HR
扫描电子显微镜 （SEM）	FEI	Quanta 600