电纺聚己内酯(PCL)膜:助力局部药物递送与骨再生的新希望

【字体: 时间:2025年04月25日 来源:BMC Biotechnology 3.5

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  骨损失问题在医学和牙科领域颇为棘手,为解决这一难题,研究人员开展了电纺载药 GBR 膜增强局部药物递送和组织再生的研究。结果显示,成功制备的 PCL 膜性能良好。该研究为骨再生治疗提供了新方向。

  在医学和牙科领域,骨损失问题一直是困扰医生和患者的一大难题。囊肿、肿瘤、创伤、炎症以及传染病等多种因素,都可能导致骨组织受损,引发骨损失。这不仅会影响患者的生活质量,还可能导致一系列并发症。传统的全身药物补充虽然能在一定程度上促进骨再生,但要在目标组织中达到足够的药物浓度并非易事,需要考虑人体复杂的新陈代谢过程,精确调整药物剂量,否则可能出现药效不佳或副作用等问题。为了更有效地解决骨损失带来的困扰,实现精准治疗,局部药物递送成为了研究的新方向。
在这样的背景下,伊斯坦布尔大学牙科学院口腔颌面外科的研究人员 Betul Gedik 和 Mehmet Ali Erdem 开展了一项极具意义的研究。他们致力于开发用于局部药物递送和骨再生的电纺聚己内酯(PCL)膜。研究成果发表在《BMC Biotechnology》杂志上,为骨再生治疗带来了新的希望。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先是电纺技术(electrospinning),通过该技术将不同浓度的 PCL 溶液在高静电场作用下形成纳米纤维结构的膜。接着,利用扫描电子显微镜(SEM)观察膜的形态;通过拉伸测试评估其机械性能;运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)进行结构表征;借助热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)研究热性能;使用紫外 - 可见分光光度法(UV - Vis)探究药物释放行为。

研究结果如下:

  • 形态分析:SEM 观察发现,10% PCL 且含有 1% 戊糖片(pentoxifylline)、0.5% 氟化钠(NaF)和 1% 角叉菜胶(carrageenan)的膜具有最优纤维形态。不同成分的膜纤维直径和表面形态各异,如 1% 戊糖片的复合纳米纤维膜纤维直径更宽,0.5% NaF 的样品平均纤维直径更窄但粗糙度更深,10% PCL - 1% 角叉菜胶膜直径显著减小,表面面积增加,这与拉伸测试中观察到的机械性能改善相关。
  • 机械分析:拉伸测试表明,10% PCL 纳米纤维膜的机械性能优于 12% PCL 膜。溶剂比例、电压以及药物浓度等因素都会对膜的机械性能产生影响。例如,90/10 氯仿 / DMF 比例和 10% PCL 浓度的含药膜,相比 60/40 比例的膜,具有更好的机械抗性和伸长率;增加戊糖片浓度可改善 10% PCL 溶液膜的机械性能,但在 60/40 氯仿 / DMF 比例体系中,2% 戊糖片浓度会降低拉伸强度,增加最大伸长率;对于氟化钠载药膜,60/40 氯仿 / DMF 比例且 10% PCL 浓度的膜,随着氟化钠浓度增加,拉伸强度增加,伸长率降低;角叉菜胶载药膜则是 60/40 比例的膜拉伸强度和最大伸长率更高,且高浓度角叉菜胶会降低机械耐久性,最大伸长率不变。
  • 结构表征:FTIR 分析确定了 PCL、戊糖片、角叉菜胶和氟化钠在膜中的特定化学键和吸收带,证实了药物成功掺入以及聚合物 - 药物复合材料的可行性。
  • 热分析:TGA 结果显示,戊糖片、NaF 和角叉菜胶添加剂降低了纳米纤维膜的分解温度和热特性;DSC 分析表明,添加这些物质会降低玻璃化转变温度(Tg)和熔点(Tm),呈现增塑作用,缩小工作温度范围,且与拉伸测试结果相符。
  • 药物释放检测:UV - Vis 分析表明,含 1% 戊糖片的膜在 2 小时时释放行为高于 4 小时,其他多数样品 4 小时释放值高于 2 小时,含 2% 戊糖片的膜在 2 小时和 4 小时时释放量最高。

研究结论和讨论部分指出,PCL 因其生物相容性、可降解性等独特性能,在生物医学领域应用广泛。本研究成功开发出含有治疗药物的电纺 PCL 膜,其形态和机械性能得到优化,适合作为药物递送系统。FTIR 分析验证了治疗药物在 PCL 基质中的存在和相互作用,热分析证明了载药膜的稳定性,药物释放研究显示出可控的释放曲线,对持续治疗效果至关重要。不过,该研究也存在一定局限性,如生物相容性方面,降解副产物可能引发局部炎症反应;药物在膜内的长期稳定性也有待进一步研究。未来需进行体内研究,以确认其临床适用性并解决潜在的生物相容性问题。

总的来说,这项研究为局部药物递送和骨再生提供了新的策略和材料,虽然还面临一些挑战,但为后续研究和临床应用奠定了重要基础,有望推动骨再生治疗领域的进一步发展。

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