專利名稱：一種中樞神經(jīng)修復(fù)用水凝膠材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中樞神經(jīng)組織工程框架材料，特別涉及一種中樞神經(jīng)修 復(fù)用的水凝膠材料。
背景技術(shù)：
組織工程支架材料在神經(jīng)再生方面所起的作用有以下幾點(diǎn)；抑制神經(jīng)膠 質(zhì)瘢痕的形成為血管、神經(jīng)軸突長入提供橋梁；作為生長因子、替代細(xì)胞 的載體。傳統(tǒng)的腦缺損修復(fù)材料采用聚丙烯酰胺水凝膠，聚碳酸酯，水溶性 凝膠聚乙二醇，N-(2-羥丙基)異丁烯酰胺(HPMA)等，這些材料均在不同程度 上促進(jìn)了軸突的再生，此外還有報(bào)道由賴氨酸、丙氨酸、天冬氨酸形成的自 制生物支架，這些支架可以具有促進(jìn)各類神經(jīng)細(xì)胞的粘附、分化和廣泛生長 的特性，且能促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞間的突觸形成，但是這些材料的修復(fù)效果還不 夠理想。
神經(jīng)組織工程支架材料的研究還處于起步階段。理想的神經(jīng)組織修復(fù)材 料除了應(yīng)具備一般醫(yī)用材料都應(yīng)具備的生物相容性、可加工性和可消毒性外， 還應(yīng)具備下述的組成、性能和結(jié)構(gòu)要求(l)應(yīng)適時(shí)地在體內(nèi)降解和被機(jī)體吸 收，即材料的降解速度和代謝吸收速度應(yīng)與神經(jīng)再生修復(fù)的速度相匹配；(2) 應(yīng)保證神經(jīng)修復(fù)所需的三維空間，使毛細(xì)血管和纖維組織可以長入以提供營 養(yǎng)的大孔結(jié)構(gòu)；(3)應(yīng)保證神經(jīng)修復(fù)所需的營養(yǎng)供應(yīng)即提供受損神經(jīng)再生所 需的可起到調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞生長、分化并促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)和組織再生的神經(jīng)生長 因子；(4)應(yīng)保證神經(jīng)修復(fù)組織電磁場加載即提供受損神經(jīng)再生所需的可起 到調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞生長、分化并促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)和組織再生的電場和磁場。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于根據(jù)神經(jīng)組織工程支架材料的特定性能要求，制備出 一種疏松多孔、生物相容性好、具備較好的力學(xué)穩(wěn)定性能和良好的磁場加載 特性的中樞神經(jīng)修復(fù)用框架材料。
該中樞神經(jīng)修復(fù)用水凝膠材料以聚乙二醇和納米氧化鐵為主要成分，與 多聚賴氨酸或葡萄球菌蛋白A (Staphylococal Protein A， SPA)共聚，交聯(lián)后 的產(chǎn)物冷凍干燥成膜，得到疏松多孔的水凝膠框架材料。該材料具有多孔的網(wǎng)絡(luò)支架結(jié)構(gòu)，同時(shí)具備良好的磁場加載特性。
本發(fā)明提出的神經(jīng)修復(fù)用磁性凝膠材料的制備方法，包括如下步驟
將1 5wt。/。的聚乙二醇水溶液、濃度為0.1 2wt。/。分子量為15000 300000 Da的多聚賴氨酸或濃度為0.1~2 wtc/。的葡萄球菌蛋白A，和鐵元素終 濃度為4.2~84嗎/ml的納米氧化鐵水溶液混合后，振蕩攪拌；加入戊二醛溶 液直到戊二醛終濃度為l 4wt%， 4'C下反應(yīng)2 24小時(shí)；然后冷凍干燥；清 洗除去殘留的戊二醛，重新冷凍干燥，得到水凝膠框架材料。
多聚賴氨酸或葡萄球菌蛋白A和納米氧化鐵水溶液混合后，振蕩攪拌時(shí) 間為0.5 2小時(shí)。
加入戊二醛溶液進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)后，可以再采用紫外照射0.5 2小時(shí)，這樣 能使交聯(lián)過程更牢固。
聚乙二醇是國家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)的臨床用藥原料和輔料。并聚乙二 醇可以促進(jìn)周圍神經(jīng)修復(fù)，被認(rèn)為是神經(jīng)黏合劑?？梢娋垡叶歼m合作為神 經(jīng)組織工程框架材料，用于神經(jīng)損傷修復(fù)。納米氧化鐵是可用于人體的磁共 振顯像材料，其安全性得到了廣泛認(rèn)可。
本發(fā)明制備的中樞神經(jīng)修復(fù)用水凝膠框架材料具有多孔的網(wǎng)絡(luò)支架結(jié) 構(gòu)，大孔平均孔徑為100 250 pm，小孔平均孔徑為5 40 pm。同時(shí)該材料 具備了良好的磁場加載特性，離體試驗(yàn)顯示給予磁性凝膠和PC12細(xì)胞共培 養(yǎng)材料0.35 0.7高斯電磁場，結(jié)果顯示細(xì)胞穩(wěn)定、磁場幾乎無衰減。
對材料進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，顯示該材料力學(xué)性能穩(wěn)定。當(dāng)給予材料試驗(yàn)力為 28.4N時(shí)，變形768(im，應(yīng)變0.038，應(yīng)力為0.42Mpa;當(dāng)試驗(yàn)力為54.7N時(shí)， 變形990.4^im，應(yīng)變0.059，應(yīng)力為1.26Mpa。
用水凝膠材料與PC12細(xì)胞混合培養(yǎng)，結(jié)果顯示當(dāng)鐵元素終濃度為 2.1~84pg/mL時(shí)，對細(xì)胞的活力、生長、分化、功能以及其他生物活性均無不 利影響，也無毒性。
用本方法制備的神經(jīng)修復(fù)用水凝膠材料，具有良好的生物相容性和可以 大范圍調(diào)節(jié)的生物降解性，具有和中樞神經(jīng)組織相近的流變學(xué)特性和力學(xué)性 能，植入中樞神經(jīng)以后不會對組織造成二次傷害，適用于神經(jīng)修復(fù)。其制備 方法流程簡單，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面以具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實(shí)施例l:聚乙二醇納米氧化鐵-D型多聚賴氨酸水凝膠用戊二醛交聯(lián)聚乙二醇納米氧化鐵和D型多聚賴氨酸的混合溶液，交聯(lián) 后的產(chǎn)物冷凍干燥成膜。具體制備步驟如下-
(1) 試劑配制
a溶液在25'C下將聚乙二醇溶解到蒸餾水中，得到lwt^的聚乙二醇溶液。
b溶液在25"C下將D型多聚賴氨酸(分子量為15000Da)包裹納米氧 化鐵分散于蒸餾水中，鐵元素終濃度為4.2嗎/ml， D型多聚賴氨酸終濃度為 0.5wt%。將a溶液和b溶液混合，在放置有非鐵托盤搖床上振蕩30分鐘。
(2) 交聯(lián)加入戊二醛溶液，戊二醛溶液終濃度為1 wt%， 4'C下反應(yīng)4小時(shí)。
(3) 將最終的漿狀物倒在玻璃皿中，用封口膜蓋住，然后在-2(TC下冷凍干燥。
(4) 交聯(lián)的膜在蒸餾水中清洗1小時(shí)，以除去殘留的戊二醛，清洗后在 -20卩下冷凍干燥。
用戊二醛交聯(lián)結(jié)合冷凍干燥技術(shù)的方法所制備的聚乙二醇納米氧化鐵一 D型多聚賴氨酸水凝膠復(fù)合基質(zhì)具有多孔的網(wǎng)絡(luò)支架結(jié)構(gòu)，同時(shí)具備了良好 的磁場加載特性和機(jī)械穩(wěn)定性。
實(shí)施例2:聚乙二醇納米氧化鐵-葡萄球菌蛋白A水凝膠 用戊二醛交聯(lián)聚乙二醇納米氧化鐵和葡萄球菌蛋白A的混合溶液，交聯(lián)
后的產(chǎn)物冷凍干燥成膜。具體制備步驟如下
(1) 試劑配制
a溶液在25'C下將聚乙二醇溶解到蒸餾水中，得到2wt^的聚乙二醇溶液。
b溶液在25'C下將葡萄球菌蛋白A包裹納米氧化鐵分散于蒸餾水中， 鐵元素終濃度為84pg/ml，葡萄球菌蛋白A終濃度為lwt%，將a溶液和b溶 液混合，在放置有非鐵托盤搖床上振蕩30分鐘。
(2) 交聯(lián)加入戊二醛溶液，戊二醛溶液終濃度為2wtX， 4'C下反應(yīng)2小時(shí)。
(3) 將最終的漿狀物倒在玻璃皿中，用封口膜蓋住，然后在-2(TC下冷凍干燥。
(4) 交聯(lián)的膜在蒸餾水中清洗1小時(shí)，以除去殘留的戊二醛，清洗后在 -20。C下冷凍干燥。用戊二醛交聯(lián)結(jié)合冷凍干燥技術(shù)的方法所制備的聚乙二醇納米氧化鐵一
葡萄球菌蛋白A水凝膠復(fù)合基質(zhì)具有多孔的網(wǎng)絡(luò)支架結(jié)構(gòu)，同時(shí)具備了良好 的磁場加載特性和機(jī)械穩(wěn)定性。
實(shí)施例3:聚乙二醇納米氧化鐵-葡萄球菌蛋白A-神經(jīng)生長因子(NGF) 水凝膠
用戊二醛交聯(lián)聚乙二醇納米氧化鐵和葡萄球菌蛋白A-神經(jīng)生長因子 (NGF)的混合溶液，交聯(lián)后的產(chǎn)物冷凍干燥成膜。具體制備步驟如下
(1) 試劑配制
a溶液在25t下將聚乙二醇溶解到蒸餾水中，得到5wt。/。的聚乙二醇溶液。
b溶液將含有100ngNGF生理鹽水lml和葡萄球菌蛋白A 10ml混合。 c溶液在25'C下將b溶液包裹納米氧化鐵分散于蒸餾水中；鐵元素終
濃度為21嗎/ml，葡萄球菌蛋白A終濃度為2wt。/。。將a溶液和c溶液混合，
在放置有非鐵托盤搖床上振蕩2小時(shí)。
(2) 交聯(lián)
加入戊二醛溶液，戊二醛溶液終濃度為4wt。/。， 4'C下反應(yīng)24小時(shí)，用紫 外照射2小時(shí)。
(3) 將最終的漿狀物倒在玻璃皿中，用封口膜蓋住，然后在-2(TC下冷凍干燥。
(4) 交聯(lián)的膜在蒸餾水中清洗1小時(shí)，以除去殘留的戊二醛，清洗后在 -20°(:下冷凍干燥。
用戊二醛交聯(lián)結(jié)合冷凍干燥技術(shù)的方法所制備的聚乙二醇納米氧化鐵-葡 萄球菌蛋白A-NGF水凝膠復(fù)合基質(zhì)具有多孔的網(wǎng)絡(luò)支架結(jié)構(gòu)，同時(shí)具備了良 好的磁場加載特性和機(jī)械穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種中樞神經(jīng)修復(fù)用水凝膠材料，其特征在于具有多孔的網(wǎng)絡(luò)支架結(jié)構(gòu)，大孔平均孔徑為100～250μm，小孔平均孔徑為5～40μm，具有磁場加載性，且用下述方法制備將1～5wt％的聚乙二醇水溶液，濃度為0.1～2wt％的多聚賴氨酸或濃度為0.1～2wt％的葡萄球菌蛋白A，和鐵元素終濃度為4.2～84μg/ml的納米氧化鐵水溶液混合后，振蕩攪拌；加入戊二醛溶液直到戊二醛終濃度為1～4wt％，4℃下反應(yīng)2～24小時(shí)；然后冷凍干燥；清洗除去殘留的戊二醛，重新冷凍干燥，得到水凝膠框架材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述多聚賴氨酸為D型多聚賴 氨酸，分子量為15000 300000Da。
3. —種中樞神經(jīng)修復(fù)用磁性水凝膠材料的制備方法,包括下述步驟:將l 5wt。/。的聚乙二醇水溶液，濃度為0.1 2wt。/。分子量為15000 300000Da 的多聚賴氨酸或濃度為0.1-2 wtn/。的金黃葡萄球菌蛋白A，和鐵元素終 濃度為4.2 84pg/ml的納米氧化鐵水溶液混合后，振蕩攪拌；加入戊二 醛溶液直到戊二醛終濃度為1 4 wt°/。， 4"C下反應(yīng)2~24小時(shí)；然后冷 凍干燥；清洗除去殘留的戊二醛，重新冷凍干燥，得到水凝膠框架材料。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述多聚賴氨酸或葡萄球菌蛋 白A和納米氧化鐵水溶液混合后，振蕩攪拌時(shí)間為0.5~2小時(shí)。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于加入戊二醛溶液進(jìn)行所述交聯(lián) 反應(yīng)后，再采用紫外照射0.5 2小時(shí)，然后冷凍干燥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中樞神經(jīng)修復(fù)用水凝膠材料及其制備方法，用1～5wt％的聚乙二醇水溶液和濃度為0.1～2wt％的多聚賴氨酸或葡萄球菌蛋白A和納米氧化鐵水溶液混合后，振蕩攪拌；加入戊二醛溶液直到戊二醛終濃度為1～4wt％，4℃下反應(yīng)2～24小時(shí)；然后冷凍干燥；清洗，重新冷凍干燥。用本方法制備的神經(jīng)修復(fù)用水凝膠材料，具有良好的生物相容性和可以大范圍調(diào)節(jié)的生物降解性，具有和中樞神經(jīng)組織相近的流變學(xué)特性和力學(xué)性能，植入中樞神經(jīng)以后不會對組織造成二次傷害，適用于神經(jīng)修復(fù)。其制備方法流程簡單，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號A61L31/04GK101301494SQ200810031699
公開日2008年11月12日 申請日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月8日
發(fā)明者楊期東, 波 肖, 陽 邵 申請人:中南大學(xué)