膜的力学性能的聚(L-co-DL-lactic酸)与聚己内酯(三醇)和研究在活的有机体内

文摘

有越来越多的脂肪族聚酯的兴趣从内酯和丙交酯由于其生物降解性和生物相容性。在这些化合物中,聚丙交酯)和聚乙交酯,聚己内酯)及其共聚物尤其有趣,因为它们潜在的应用程序作为生物医学材料。本研究的目的是研究膜的属性聚(L-co-D L乳酸)(PLDLA)和聚己内酯(三醇)(PCL-T)通过溶剂蒸发。混合以差示扫描量热法,动态力学分析,傅里叶变换红外光谱学,抗拉强度测试。结果的基础上在体外研究,PLDLA / PCL-T混合100/0和90/10的植入皮下组织Wistar鼠1、3、7、15,60天来评价其生物相容性。组织学分析表明,尽管PCL-T-containing膜造成更重要的炎症反应在最初的时间间隔,通过植入后60天,材料周围密集的、有组织的胶原蛋白几乎没有炎性浸润。

1。介绍

的生物材料是植入人体的成分设计执行某些生物功能的设备替换或修复不同组织如骨骼、软骨、韧带和肌腱,甚至在必要时通过指导骨修复。出于这个原因,需要生物相容性的聚合物和bioresorbable以减少不良反应的生物(1]。增加治疗使用聚合物生物材料植入要求评估皮下植入物的行为在活的有机体内。这样做通常是在老鼠身上,这提供了一个理想的模型来分析新血管形成,胶原蛋白类型的形成和III,整合的连接在聚合物胶囊2]。

保利(L-lactide)的特点是晶体的含量高,高强度粒子,和长时间的退化。保利(Dl丙交酯)是相反的特点是低强度和更快的降解率。结合聚(L-lactide)和聚(D, L丙交酯)的结果在一个单一的非晶态结构的共聚物的最佳特征结合保利(L-lactic酸)和聚(DL-lactic酸),也就是说,前者的机械性能和后者的退化时间短;这些属性使得PLDLA复合的相关性在药物控释和骨折的治疗3]。除了这些应用程序,PLDLA作为基质再生医学应用特别关注皮肤组织工程(4]。尽管有这些优点,生物材料包含聚(L-co-D L乳酸)通常是非常密集的,也就是说,没有毛孔,非常严格,和有一个高弹性模量、伸长率低,和疏水;这些特点限制使用的聚合物在各种医疗应用程序,尤其是当组织/植入相互作用是一个重要因素。

许多研究表明一种改善伸长特性,降低聚合物的疏水性,促进其与组织互动将低分子量聚合物可以作为塑化剂在聚合物矩阵(5]。聚已酸内酯三醇、低分子量脂肪族聚酯通过开环己内酯的收益率三个哦组单体分子聚合物链的终端,一直用作增塑剂。

这项工作的目的是研究热、机械、形态学和生物性质PLDLA膜含有不同浓度的聚己内酯(三醇)(PCL-T)作为增塑剂,并评估其潜在的作用在活的有机体内。

2。实验

2.1。材料

保利(L-co-D L乳酸)(PLDLA;70:30;Mw = 282700 g·摩尔⁻¹)通过批量开环共聚合成L-lactide和D, L丙交酯,使用辛酸酯亚锡作为催化剂,本质上所描述的莫塔和Duek6]。聚己内酯三醇)(PCL-T;平均Mw = 900 g·摩尔⁻¹),也称为2-oxepanone聚合物2-ethyl-2 -(羟甲基)- 1,3-propanodiol,由苏威(卡帕3091)。

2.2。膜

PLDLA / PCL-T膜是由溶剂铸造技术,混合的100/0,90/10,70/30,和50/50%(质量/质量),分别PLDLA / PCL-T二氯甲烷(默克公司,达姆施塔特,德国),10%的浓度(m·卷⁻¹)。完整的共聚物溶解后,解决方案是倒在玻璃板上,放置在一个玻璃容器,饱和溶剂。溶剂蒸发后,膜在真空干燥8 h和存储在一个干燥器真空直到特征。

2.3。描述PLDLA / PCL-T膜

2.3.1。动态力学分析(DMA)

DMA 242年完成一个模型动态机械分析仪(Netzsch)。样品受到变形(振幅:240μ米)1.00赫兹的恒定频率的温度范围−100°C到200°C和5°C /分钟的加热速度,使用牵引系统。

2.3.2。差示扫描量热法(DSC)

量热测量进行DSC 2920量热器(TA-Instruments) 7 - 10毫克样品密封在铝锅加热从25°C到200°C的速度10°C /分钟和维护前5分钟最终温度的冷却到25°C以同样的速度。样本保持在25°C 5分钟,然后加热。所有的测试都是在氮气氛。

2.3.3。傅里叶变换红外(FTIR)光谱

PLDLA / PCL-T混合的质量由红外光谱来评估。红外测量光谱在优秀的一个优秀的983 g红外分光光度计,利用KBr颗粒技术,频率范围在400 - 4000厘米⁻¹256年,总扫描。

2.3.4。表面膜的接触角

的接触角测量接触角测角仪(Rame-Hart 100 - 00)放形状分析软件在室温下(2001年开展成像软件)。一滴去离子水(0.2毫升)的样品和图片放在样品上的水用数码相机记录每隔0.5秒。从液滴之间的角测量基线和切水/空气边界,一个接触角计算的平均测量左右接触角。统计分析,三个接触角测量。

接触角测量也用于评估样品的表面能。这样做是通过测量角度一个极性液体(水)和非极性液体(二碘甲烷)使用谐波的方法7]。

2.3.5。抗拉强度测试

PLDLA / PCL-T膜含有聚合物混合的100/0,90/10,70/30,50/50 (m / m)切成条状毫米宽,大约毫米厚,抗拉强度是决定模型810 Testar II装置在50 mm·英斯特朗)(最小值⁻¹和1 kN的负载能力。样本测试5次在一个固定的温度和湿度(50%)(°C)。

2.4。研究在活的有机体内PLDLA / PCL-T膜(混合100/0和90/10)

2.4.1。动物

六个三Wistar鼠体重~ 300 g。提供的老鼠植物园宗圣保罗天主教大学的生物和医学科学中心索罗卡巴,和被安置°C在12 h光/暗周期与食物和水随意。动物实验是一个机构伦理委员会批准在动物使用CEUA / PUC-SP。

2.4.2。膜植入

PLDLA / PCL-T膜(混合100/0和90/10)沉浸在70%的乙醇,然后vacuum-dried。老鼠三大鼠随机分为两组,一组接受100/0 PLDLA / PCL-T膜,另一个接收90/10 PLDLA / PCL-T膜。研究的时间间隔是1、3、7、15、30、60天之后植入。

老鼠麻醉的联合氯胺酮和甲苯噻嗪(50毫克/公斤,10毫克/公斤,i.p。、职责)。随后,两个侧切口约1厘米在颈背。膜盘直径6毫米是插入到左右切口,切口控制(虚假的操作,没有膜插入)(图1)。一个植入是放置在每个老鼠。然后用尼龙以缝线缝合切口。

在每个时间间隔内植入后,老鼠与氯胺酮麻醉10%(100毫克/公斤)和甲苯噻嗪2%(6毫克/公斤)和植入物周围的组织切除。

2.4.3。组织学分析

周围的材料组织在生理盐水洗,立即在10%多聚甲醛固定。标本被越来越醇系列脱水中,嵌入在石蜡(Histosec,默克公司)和切割(4μ米)的高精度切片机(徕卡RM 2245)。随后的部分安装和苏木精和伊红染色())和马森的三色的(30 - 60天的间隔)。彩色部分检查与尼康Eclipse E800使用尼康光学显微镜和图像捕获社35数码相机连接到显微镜。

3所示。结果与讨论

3.1。机械和物理化学性质

DMA是膜含PLDLA / PCL-T混合的100/0,90/10,70/30,50/50。的α—放松与玻璃化转变(PLDLA的无定形的阶段和PCL-T决心从损失模量与温度的曲线(与ASTMD中描述),4065 - 2001。的与曲线显示的存在两个玻璃转换()的典型PLDLA和PCL-T(图的存在2(一个))。的值PLDLA PCL-T显著降低膜中含10%和30%(表1),表明组件部分混相。这些发现同意Meier et al。(2004) (8)在醋酸纤维素PCL-T用作增塑剂的电影和发现醋酸纤维素的随着PCL-T含量的增加而减少。

50/50的混合(图2(一个))行为表明不混合性(分离阶段)的组件,这是确认的值,这是非常接近的纯聚合物;这可能不混容性反映了多余的增塑剂的存在。实验与丙交脂/ PEG混合发现塑化剂浓度> 20%引起相分离(9]。

图2(一个)显示是次要的β类型放松PLDLA / PCL-T混合100/0(◆)的流动造成的甲基与主链。这个放松在PCL-T面前消失,可能是因为引起的位阻PCL-T或重叠PCL-T的熔化温度。

图2 (b)显示存储模量下降()混合90/10和70/30,而混合50/50有一个更高的价值比混合90/10和70/30开始,然后下降。纯PLDLA的储能模量下降在37°C相对的聚合物。对混纺90/10,70/30,50/50,PLDLA阶段是31日,28日,37岁的分别,而相应的值为PCL-T 63−−66,−59°C(图2 (b))。

3.2。相互作用参数的计算(χ₁₂)PLDLA / PCL-T混合

聚合物共混的交互参数计算的基础上通过DMA。根据Flory-Huggins理论,系统显示完全混溶,交互参数(χ₁₂)< 0.5;在这种情况下只有(10]。的χ₁₂狐狸PLDLA / PCL-T混合计算使用方程如下: 在哪里=玻璃转变温度的混合(PLDLA / PCL-T),=组成组件1 (PLDLA)混合,=玻璃转变温度的组件1 (PLDLA混合100/0),= 2的组件组成(PCL-T)混合,和组件2 =玻璃化转变温度(PCL-T 0/100混合)。

基于PLDLA PCL-T,的内容(2)[11)被用来获得混合的相互作用参数(χ₁₂)的值,如表所示2: 在哪里= PLDLA = 1780.67和聚合度= PCL-T = 2.63的聚合度。

表2表明,添加10%、30%、和50% PCL-T混合导致χ₁₂值为0.6、0.5和0.8,分别。的减少χ₁₂70/30的混合可能直接关系到更高浓度的极地组件(塑化剂)与酯组PLDLA交互。50/50的混合最高χ₁₂相比其他混合和再次表明不混容性的系统。

3.3。差示扫描量热法(DSC)

获得的DSC热分析图第二加热PLDLA / PCL-T混合100/0,90/10,70/30,50/50,如图所示3和结果总结在表3。

没有显著的差异值的第一和第二加热膜含有纯PLDLA混合(100/0);也没有融化在这些曲线过渡阶段,表明非晶材料,以防膜含有PCL-T一直的价值下降与纯PLDLA相比,这是一个灵活性的增加材料的结果。混合70/30和50/50的膜显示出类似的行为在他们的曲线。的和结晶温度PCL-T是定义良好的。

3.4。傅里叶变换红外(FTIR)光谱

实地了解光谱图4显示所有的特征组共聚物聚(L-D L-lactide)。PLDLA膜显示的光谱吸收带(,cm⁻¹在2997 - 2965 (CH)₂,CH₃),1747 (C = O), 1360 - 1450 (CH₃),1266(首席运营官切断债券)和750 (CH)这种材料的特点12]。PCL-T显示乐队类似PLDLA只不同的轴向不对称变形褪色的2995厘米⁻¹哦,伸展和峰值的出现在聚合物链的终端区域(约3467厘米⁻¹)。

红外光谱PLDLA / PCL-T混合显示转变哦拉伸混合90/10和70/30波长为3500厘米⁻¹对纯PCL-T(3467厘米⁻¹);这种转变可以分配给链接(H-bridges) PLDLA和PCL-T之间。50/50混合显示一个乐队的转变哦拉伸更短的波长,这种变化可能与多余的塑化剂,可能导致竞争之间的聚合物/塑化剂,塑化剂/增塑剂。

3.5。接触角

测量水和电影之间的接触角表面是一种最简单的方法来描述电影的亲水性/疏水性。良好的亲水性是有益的生物相容性和营养液体流动在活的有机体内(13]。细胞基质上坚持和容易传播有温和的亲水性而非常亲水或疏水性底物14]。目前分析,定义的值(限制)亲水/疏水相互作用是65°和水的接触角粘附张力30达因·厘米⁻¹,如被Lim et al。(2004) (15]。

水的粘附张力计算 在哪里γ=水表面张力(达因·72.8厘米⁻¹),θ=接触角(15]。

表面接触角小于65°和高的值被定义为亲水,而表面高接触角和低价值的,即低润湿性,被认为是疏水性。表4显示了接触角、表面能和水膜粘附张力PLDLA / PCL-T。的值计算根据(3)。

根据表中所示的值4,PLDLA / PCL-T 100/0膜表面的疏水性和添加PCL-T使这更多的亲水性,降低接触角如图所示。这种效应预计由于PCL-T的极性基团的存在,增加与水相互作用,增加能源和水表面粘附张力。图5显示了不同的膜表面的润湿性与去离子水混合PLDLA / PCL-T;可以看到,润湿性PCL-T量按比例增加,在同意表中的结果4。

3.6。抗拉强度测试

表5和图6显示了拉伸性能之间的关系和PCL-T PLDLA内容/ PCL-T膜混合(100/0,90/10,70/30,50/50)。PLDLA显示玻璃聚合物的典型特征,弹性模量MPa,牵引阻力的MPa,断裂和变形的%(表5)。添加PCL-T显著降低弹性模量()(表5),在协议的结果Meier et al。(2004)8)在他们的研究的影响PCL-T醋酸纤维素。

PCL-T显著改变了变形断裂的存在,表明(表增加灵活性5,图6);90/10的混合显示的最大变形断裂,有价值%纯PLDLA相比,的值%。50/50的价值更高的混合增塑剂的能力反映在断裂界面能量消散,从而延缓膜的破裂(9]。关于70/30的混合,一种可能的解释为意外高模数值获得了这种膜相比,90/10膜可以温度之间的距离测试完成(°C)和(28°C) PCL-T PLDLA含有30%。

3.7。组织学分析植入PLDLA / PCL-T膜(100/0和90/10混合)

3.7.1。Hematoxylin-Eosin染色

植入术后炎症反应在第一天在植入网站比在控制网站。膜含有PLDLA多形核中性粒细胞/ PCL-T混合100/0显示纤维蛋白沉积,以及偶尔的嗜酸性粒细胞和肥大细胞(图7(一))。类似的情况观察PLDLA / PCL-T融合(图90/107 (b))。在所有情况下,炎性浸润在控制明显低于植入网站(图7 (c))。

在植入后三天,网站植入100/0混合显示的区域分隔组织纤维蛋白沉积,拥挤的船只和单核细胞的存在,但没有巨大的多核细胞。网站植入融合还显示90/10纤维蛋白“胶囊”,但它不是经常有组织和有巨噬细胞在植入物,除了充血和水肿。两组的控制网站也有类似的外观,也就是说,粒状组织的慢性炎性浸润含有巨噬细胞、浆细胞和肥大细胞。

在100/0混合移植后15天内,有一个明确的胶囊由致密胶原蛋白和分隔开的内部表面含有少量单核细胞和几乎没有任何巨细胞(图8(一个))。在网站植入90/10混合,偶尔胶囊包含巨大异物细胞,除了单核细胞(图8 (b))。所有控制站点显示完整的治疗无明显改变。

在植入后60天,网站植入100/0混合厚膜周围纤维化,几乎没有炎性浸润,除了少量的间质单核细胞(图9)。网站植入融合显示90/10与100/0的类似的荚膜组织混合,但一个离散的慢性炎性浸润;没有巨大的多核细胞。控制网站显示无显著变化。与我们的研究结果相比,以前的研究丙交脂膜植入皮下注射的老鼠报告存在巨大的多核细胞植入后180天报道,保利(DL-lactic酸)没有塑化剂引起的一种慢性炎症反应涉及巨大的细胞,巨噬细胞吞噬物质,和成纤维细胞增殖5,16]。巨噬细胞有一个重要的角色在组织修复能力产生生长因子和介质负责成纤维细胞增殖和胶原合成(17]。

3.7.2章。染色与马森的三色的

观察组织学改变与特定的染色(马森的三色的)证实了这些观察与一般染色(他)。在100/0混合的情况下,胶囊是几乎没有炎症浸润,同时,在90/10混合的情况下,胶原蛋白是宽松和granulous包含巨噬细胞组织。

在植入后60天内,对这两种混合测试,有格式良好的致密的胶原蛋白,是几乎没有炎症浸润。没有巨大的多核细胞被观察到的任何网站。100/0的混合,胶囊与成熟的胶原蛋白组织得非常好,没有炎性浸润(图9(一个)为90/10),而混合胶原蛋白更松散,几乎没有单核细胞(图9 (b))。

虽然这在活的有机体内只是一个初步调查分析,结果表明,PLDLA膜含有PCL-T可能有用,尤其是nonallergic这些聚合物,无毒,且灵活;后者特点特别是促进手术期间这些膜的处理。

4所示。结论

在这项研究中,我们已经表明,添加PCL-T PLDLA膜显著影响了机械、热、形态学、物理化学,和生物产生的膜的性质,特别是增加PLDLA的灵活性。添加PCL-T 10%和30%的浓度导致部分混合系统而增加50%导致不混合性,可能是因为多余的增塑剂。

分析PLDLA / PCL-T膜在活的有机体内表示满意的聚合物/组织交互。通过植入后60天,100/0和90/10的混合导致致密胶原沉积,与后者混合更松散,可能是因为较慢的降解。

这些结果表明,使用PLDLA PCL-T膜在医疗设备可能是有利的,尤其是在没有必要长期植入物,例如,支持细胞培养,在化妆皮肤溃疡,在牙周病学引导再生。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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