一種制備高支化多糖-絲素水凝膠支架的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備高支化多糖-絲素水凝膠支架的方法。屬于天然高分子材料
技術(shù)領(lǐng)域,該種高支化多糖-絲素水凝膠H維貫通多孔支架可廣泛應(yīng)用于組織工程材料和 生物醫(yī)用藥物可控釋放等行業(yè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 高分子水凝膠具有一定彈性、H維貫通多孔結(jié)構(gòu),適合模擬細胞外基質(zhì)、提供適 合細胞生長所需的H維微環(huán)境及細胞和細胞外基質(zhì)之間的生物物理信號,維持細胞正常表 型與生理功能。多糖是一類可降解天然高分子,來源豐富,在組織工程及藥物控制釋放材料 中應(yīng)用廣泛。天然多糖可W與蛋白質(zhì)、其他多糖或其他生物大分子通過氨鍵或靜電引力進 行絡(luò)合,或通過化學(xué)修飾后交聯(lián)形成水凝膠。多糖水凝膠作為一種良好的支架材料,不僅僅 取決于它的生物相容性,更重要的是它的獨特化學(xué)結(jié)構(gòu)、可生物降解性、低毒等特性,而且 該些特性可被反復(fù)重新設(shè)計及改造,因此優(yōu)于合成高分子水凝膠。研究證實,天然多糖及其 衍生物水凝膠已可W成功將細胞植入其中,為細胞增殖及組織再生提供生長條件。目前,研 制理想的人工支架材料代替器官移植手術(shù)修復(fù)組織缺損或病變,是生物材料科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng) 域的重要課題之一。然而,在人工支架材料中,隨著細胞不斷生長和分化,邊界處的細胞將 耗盡氧氣和營養(yǎng)物質(zhì),使得支架內(nèi)部細胞壞死,從而限制均一性人工骨組織的形成。由于缺 乏必要的血管組織導(dǎo)致較大尺寸人工組織內(nèi)部得不到營養(yǎng)供應(yīng)而壞死,因此無法滿足移植 手術(shù)之所需。血管化組織工程材料可維持細胞增殖、分化所需的營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣持續(xù)供應(yīng)及 代謝產(chǎn)物的及時排出,W期滿足臨床應(yīng)用的實際需要。值得注意的是:多糖水凝膠不僅在結(jié) 構(gòu)上與細胞外基質(zhì)相似,更重要的是,其易于靈活調(diào)控物理性能或攜帶各種化學(xué)信號分子, 從而誘導(dǎo)細胞特定的分化行為。多糖水凝膠在組織工程、藥物控制釋放、化妝品及日用護膚 等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 正因為天然多糖水凝膠存在極大的應(yīng)用價值,因此其制備及應(yīng)用開發(fā)成為目前國 內(nèi)、外研究熱點之一。目前多糖水凝膠制備主要采用海藻酸軸、殼聚糖、普魯蘭等作原料。例 女口;在海藻酸軸水凝膠中包埋血管內(nèi)皮細胞生長因子(VEGF)可促使內(nèi)皮細胞增殖和分化 成毛細血管網(wǎng)絡(luò)。中國專利公開號為CN102600493 A,公開日為2012年7月25日,發(fā)明名 稱為"天然普魯蘭多糖水凝膠傷口敷料及其制備方法"的申請案。該申請案公開了將天然 普魯蘭多糖駿甲基化,用1- (3-二甲氨基丙基)-3-己基碳二亞胺鹽酸鹽將駿甲基化普魯 蘭多糖與脫或二元胺交聯(lián)制備天然普魯蘭多糖水凝膠傷口敷料。該方法的缺點在于:所采 用的普魯蘭多糖是線性多糖,因此在藥物控制釋放過程中,藥物在水凝膠中釋放迅速,而且 有機原料二元胺或脫用量很大,存在細胞毒性等問題。中國專利公開號為CN101920045A, 公開日2010年12月22日,發(fā)明名稱為"一種明膠-殼聚糖-透明質(zhì)酸-硫酸肝素復(fù)合支 架及其制備方法"申請案。該申請案公開了采用明膠、殼聚糖、透明質(zhì)酸及硫酸肝素四中材 料,W不同配比混合得到不同濃度的混合物,通過冷凍干燥法制取復(fù)合支架,支架成型后再 用碳二亞胺,N-輕基玻巧醜亞胺和己醇等交聯(lián)、清洗,冷凍干燥后得復(fù)合H維支架。該方法 的不足在于;由于采用冷凍成型后再交聯(lián),交聯(lián)劑難w擴散到支架內(nèi)部,,導(dǎo)致交聯(lián)可能只 發(fā)生在支架表面,支架內(nèi)部和表面交聯(lián)不均勻。上述方法的共同缺點是;該些多糖呈線性鏈 構(gòu)象或支化度不高,所得水凝膠支架的強度較弱,藥物在水凝膠中釋放迅速,因此,作為生 物醫(yī)用材料應(yīng)用或作為藥物載體時,難W支撐細胞粘附和增殖生長,并且藥物釋放過快,達 不到預(yù)期的效果。因此急需尋求更好的制備方法或者利用其它獨特結(jié)構(gòu)的天然多糖作為水 凝膠原料。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對上述技術(shù)存在的不足,本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡便,污染小,所得產(chǎn)品 具有很好的力學(xué)性能、藥物可控性釋放、良好的生物相容性和生物降解性的水凝膠支架制 備方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供的技術(shù)方案是: 一種制備高支化多糖-絲素水凝膠支架的方法,所述的制備方法包括W下步驟: a將干燥的虎奶茹菌核粉碎,依次用己酸己醋、丙麗進行索氏提取去除脂肪,然后將去 脂肪后的虎奶茹菌核浸泡在生理鹽水中,在高壓120 C溫度下提取,離也得提取液,冷卻提 取液后再離也且收集殘渣;殘渣用去離子水離也清洗且冷凍干燥得到高支化虎奶茹多糖。
[0006] b在冰水浴條件下,將虎奶茹高支化多糖分散在20 wt%化0H和異丙醇混合溶液 中,攬拌2 h后形成虎奶茹高支化多糖-NaOH-異丙醇均勻息浮液,其中虎奶茹高支化多糖 與異丙醇的質(zhì)量體積比為;60:l,20wt%化0H與異丙醇的體積比為1:2. 5。
[0007] C將氯己酸溶于異丙醇中,并緩緩逐滴到經(jīng)b步驟得到的虎奶茹高支化多 糖-NaOH-異丙醇均勻息浮液中,在60 C溫度下反應(yīng)3 h,停止反應(yīng)后冷卻至室溫,然后用 0.5 M己酸溶液中和至抑=7,將經(jīng)上述反應(yīng)所得的產(chǎn)物用蒸觸水透析,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮,冷 凍干燥即得駿甲基化高支化多糖,其中,高支化多糖輕基與氯己酸的摩爾比為1:5,氯己酸 與異丙醇的質(zhì)量體積比為2. 63:5。
[000引 d將蠶絲在0. 5 wt%的Na2C03水溶液中煮沸40 min,用去離子水清洗甩干后得到 絲素蛋白纖維,真空干燥,干燥溫度為50 C,干燥時間為12 h,將干燥后的絲素蛋白纖維磨 制成平均粒徑£3 mm的絲素粉體。
[0009] e將經(jīng)d步驟得到的平均粒徑£3 mm的絲素粉體分散在9. 3 mol/血的Li化水溶 液中,在60 C溫度下攬拌6 h配成絲素溶液,所得絲素溶液的濃度為5%。
[0010] f將經(jīng)e步驟得到的絲素溶液在去離子水中透析3?7天,去除絲素溶液中的 LiBr,然后在20%的聚己二醇水溶液中透析,濃縮得濃度為15%的絲素溶液。
[0011] g將經(jīng)C步驟得到的駿甲基化高支化多糖溶解在抑=7. 4的磯酸緩沖鹽溶液中得 20?60%的溶液,將100 mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-己基碳二亞胺鹽酸鹽和150 mg/血的N-輕基玻巧醜亞胺加入到上述溶液中,攬拌15 min?4 h得活化體系,將活化體 系加入到經(jīng)f步驟得到濃度為15%的絲素溶液中,在4?37 C溫度下交聯(lián)反應(yīng)6?48 h, 得高支化多糖-絲素水凝膠支架。
[0012] 由于采用了 W上技術(shù)方案,本發(fā)明的技術(shù)方案針對高支化多糖和絲素粉體的結(jié)構(gòu) 特點,制備藥物可控釋放且力學(xué)性能良好的高支化多糖-絲素水凝膠支架,將藥物或細胞 生長因子包埋在該水凝膠支架中,利用絲素蛋白與高支化多糖的含量比例來調(diào)節(jié)水凝膠的 力學(xué)性能。高支化多糖的高支化結(jié)構(gòu)形成的"小內(nèi)腔"與水凝膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成的貫通性"大 孔腔"可調(diào)控藥物或細胞生長因子W不同的速率釋放,從而模擬生長因子在細胞外基質(zhì)中 的控制釋放行為及可控誘導(dǎo)細胞增殖分化。此外,絲素是由結(jié)構(gòu)排列規(guī)整的結(jié)晶區(qū)和疏松 的非結(jié)晶區(qū)組成,其中結(jié)晶區(qū)中的有序排列的納米纖維和短程有序排列的聚合物鏈性質(zhì)穩(wěn) 定,對水凝膠的強度有良好的增強效果,而絲素蛋白中的非結(jié)晶區(qū)對水凝膠的初性起重要 作用。
[0013] 本發(fā)明制備高支化多糖-絲素水凝膠支架的方法與已有技術(shù)相比具有W下優(yōu)點: 本發(fā)明制備方法具有操作簡單,成本低廉,可在適合細胞生長的生理條件下原位制備 水凝膠,由此制備方法得到的高支化多糖-絲素水凝膠支架,用作藥物載體時可控制藥物 緩慢釋放,提高藥效;作為組織工程支架材料時可裝載細胞生長因子且模擬細胞外基質(zhì)控 制細胞生長因子緩慢釋放的功能,從而誘導(dǎo)細胞增殖分化成再生組織,并且絲素蛋白的存 在,可大大提高水凝膠支架的力學(xué)性能。實驗表明,本方法所得的高支化多糖-絲素水凝膠 支架具有H維貫通的多孔結(jié)構(gòu),模型分子牛血清蛋白在該水凝膠中包埋量大,且具有良好 的可控釋放行為,冷凍干燥后所得的高支化多糖-絲素支架具有良好的力學(xué)性能及較高的 溶脹性能。因此,該方法可廣泛應(yīng)用于制備人工組織支架材料,而且在藥物控制釋放及食品 等領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。