專利名稱：一種包裹藥物或生長(zhǎng)因子的納米纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種包裹藥物或生長(zhǎng)因子的納米纖維材料的制備方法。
背景技術(shù)：
生長(zhǎng)因子是具有誘導(dǎo)和刺激細(xì)胞增殖、維持細(xì)胞存活等生物效應(yīng)的蛋白質(zhì)類物質(zhì)，對(duì)促進(jìn)細(xì)胞增殖、組織或器官的修復(fù)和再生具有重要意義，在組織工程中有著重要地位。但各種生長(zhǎng)因子都是多肽蛋白質(zhì)類物質(zhì)，在有水存在及室溫環(huán)境下很容易失去生物活性。如直接注入體內(nèi)，生長(zhǎng)因子將在一天之內(nèi)被迅速的彌散及降解，無(wú)法起到長(zhǎng)期促進(jìn)缺損組織恢復(fù)的作用。因此，如何在身體環(huán)境下保持且盡可能延長(zhǎng)生長(zhǎng)因子的生物活性，是生長(zhǎng)因子能真正在臨床發(fā)揮作用的關(guān)鍵所在。為解決生長(zhǎng)因子的應(yīng)用問(wèn)題，可將藥物控釋技術(shù)引入組織工程。即利用生物可降解聚合物材料負(fù)載各種生長(zhǎng)因子或激素，向種子細(xì)胞定量持續(xù)釋放，從而使生長(zhǎng)因子能長(zhǎng)期保持活性，促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化。生長(zhǎng)因子的應(yīng)用有賴于開發(fā)適用的釋放系統(tǒng)，且評(píng)價(jià)其臨床前試驗(yàn)和臨床試驗(yàn)的功效。生長(zhǎng)因子的釋放可采用三種策略①釋放編碼生長(zhǎng)因子的DNA；②離體基因治療，即釋放表達(dá)生長(zhǎng)因子的DNA至特異細(xì)胞群，以操縱細(xì)胞過(guò)程和應(yīng)答；③通過(guò)某些類型載體基質(zhì)釋放生長(zhǎng)因子。
其中載體基質(zhì)控釋是將生長(zhǎng)因子通過(guò)載體基質(zhì)直接釋放至組織再生部位。為重建盡量大的組織，就希望基質(zhì)既是控制釋放載體，同時(shí)又是支架。從前者考慮載體必須防止生長(zhǎng)因子迅速消除，且能以可預(yù)測(cè)方式控釋適宜劑量蛋白質(zhì)在相應(yīng)的期間刺激靶細(xì)胞，促進(jìn)組織重建。作為支架，該載體應(yīng)容許環(huán)境的作用，誘使目標(biāo)細(xì)胞黏附，游走進(jìn)入或接近基質(zhì)，且在載體模板內(nèi)增殖并分泌細(xì)胞外基質(zhì)。載體不僅要求生物相容性好，而且要求能控制生長(zhǎng)因子在組織缺損部位緩慢釋放，以便刺激近旁細(xì)胞/或征集所需細(xì)胞生長(zhǎng)，促進(jìn)新組織形成。而高孔隙率和大貫穿孔的支架材料通常不能保留大容量的蛋白且長(zhǎng)期保持在一定部位。
靜電紡絲是聚合物溶液或熔體在高壓電場(chǎng)下噴射形成納米級(jí)纖維的過(guò)程。靜電紡絲工藝操作過(guò)程簡(jiǎn)單，并且由于所得到的纖維比常規(guī)方法得到的纖維細(xì)度小，所以其非織造膜具有超高的特異性比表面積和孔隙率，可以制得三維的多孔結(jié)構(gòu)，是制備具有表面活性的組織工程支架的理想方法。
CHU BENJAMIN在專利“Biodegradable and/or bioabsorbable fibrous articles andmethods for using the articles for medical applications”(WO02092339)中提供了靜電紡絲法制備手術(shù)防粘膜以及術(shù)后藥物緩釋膜的方法；CHU BENJAMIN在專利“Cell storage anddelivery system”(US2005014252)中提供了一種利用靜電紡絲薄膜存儲(chǔ)和釋放細(xì)胞的方法；清華大學(xué)胡平等提供了“一種用于組織修復(fù)的生長(zhǎng)因子緩釋體系的制備方法”，通過(guò)共混紡絲制備藥物緩釋支架。但由于生長(zhǎng)因子以及一些藥物在環(huán)境中容易失活，不穩(wěn)定，因此這類方法還有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種作為緩釋體系的包裹藥物或生長(zhǎng)因子的納米纖維的制備方法。所得緩釋體系釋放穩(wěn)定，速率可調(diào)，可有效提高藥物或生長(zhǎng)因子的利用率。
本發(fā)明提供的包裹藥物或生長(zhǎng)因子納米纖維的制備方法，采用一種靜電紡絲技術(shù)，應(yīng)用的裝置見同濟(jì)大學(xué)黃征鳴等申請(qǐng)的“制備共軸復(fù)合連續(xù)納/微米纖維的多噴頭靜電紡絲裝置”專利。
具體制備步驟如下(1)將生物可降解聚合物與藥物或生長(zhǎng)因子按質(zhì)量比1-100∶1溶于溶劑中，配成質(zhì)量濃度為0.01-1g/mL的均勻的電紡絲溶液，對(duì)于不溶于上述溶劑的水溶性藥物可將其通過(guò)超聲儀器均勻分散在聚合物溶液中形成懸浮液；(2)將生物可降解聚合物溶于適當(dāng)溶劑配成濃度為0.01-1g/mL的電紡絲溶液；(3)使用共軸電紡絲技術(shù)，將上述步驟(1)制得的溶液作為內(nèi)芯溶液，步驟(2)制得的溶液作為外層溶液，調(diào)節(jié)電壓至10-30kv，紡絲溫度為20-28℃，制備成軸心結(jié)構(gòu)包裹藥物或生長(zhǎng)因子的納米纖維無(wú)紡布或取向纖維產(chǎn)品。
本發(fā)明中，所述的生物可降解聚合物材料包括聚丙交酯，聚乙交酯、聚己內(nèi)酯、乙交酯和丙交酯的共聚物；聚羥基丁酸酯、聚羥基戊酸酯、聚羥基己酸酯；膠原、明膠；聚乙烯醇；殼聚糖及其衍生物；可降解聚氨酯類；聚碳酸酯，或聚碳酸酯與上述材料的共混物。
本發(fā)明中，所述的藥物包括美福仙，兩親酶素，新霉素，莫匹羅星，多粘菌素B，抗真菌藥(制霉菌素)及喹諾酮類(諾氟沙星或環(huán)丙沙星)等。
本發(fā)明中，所述生長(zhǎng)因子包括骨形態(tài)發(fā)生蛋白，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1，胰島細(xì)胞生長(zhǎng)因子，表皮生長(zhǎng)因子(EGF)，血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(VEGF)，堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)，神經(jīng)膠質(zhì)生長(zhǎng)因子，軟骨調(diào)節(jié)素-I，血小板衍化生長(zhǎng)因子或角朊細(xì)胞生長(zhǎng)因子。
本發(fā)明中，所述的溶劑包括氯仿、四氫呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、二氯甲烷、丙酮的一種或兩種的復(fù)合體系。
本發(fā)明中，所述的含藥物或生長(zhǎng)因子的可降解聚合物纖維包含在空白可降解聚合物纖維中，形成皮芯結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)外聚合物的降解速率來(lái)控制內(nèi)部藥物或生長(zhǎng)因子的釋放。
由本發(fā)明制備的共軸纖維形貌結(jié)構(gòu)如附圖2示，纖維表面光滑，直徑在80nm-1000nm。
本發(fā)明所提供的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有一下優(yōu)點(diǎn)及突觸效果設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便；制備的組織工程支架比表面積大，孔隙率高；將生長(zhǎng)因子包裹在納米纖維內(nèi)形成軸心結(jié)構(gòu)，可減小共混紡絲時(shí)藥物黏附在纖維表面，避免生長(zhǎng)因子在初期發(fā)生大量釋放。少量黏附在纖維表面的生長(zhǎng)因子先釋放，隨著聚合物降解，包裹在纖維內(nèi)的生長(zhǎng)因子隨之釋放，彌補(bǔ)了由于藥物釋放使纖維內(nèi)載藥量下降而引起的釋藥速率降低?？刂扑幬锖亢蛢?nèi)外層聚合物的降解速率，可得到穩(wěn)定的零級(jí)釋放。見附圖3所示。而且生長(zhǎng)因子包裹在纖維內(nèi)部，還可促使細(xì)胞向支架內(nèi)增殖，從而促進(jìn)細(xì)胞之間的融合與細(xì)胞外基質(zhì)的分泌。隨著細(xì)胞增殖成組織，聚合物支架完全降解，生長(zhǎng)因子的釋放也隨之結(jié)束，可使生長(zhǎng)因子得到最有效的利用。


圖1為共軸紡絲裝置圖示。
圖2為軸心結(jié)構(gòu)納米纖維的TEM。
圖3為共軸包藥纖維的藥物緩釋曲線。
圖中標(biāo)號(hào)1為計(jì)量泵，2為高壓靜電發(fā)生器，3為高聚物溶液，4為接收板，5為噴嘴。
具體實(shí)施例方式
1、配置電紡絲溶液用高分子聚合物之一種或兩種按質(zhì)量比搭配或分別與相對(duì)應(yīng)的溶劑配置內(nèi)外層一定粘度的溶液(內(nèi)外層溶液不互溶且不發(fā)生相互作用)；2、將內(nèi)外層溶液分別裝入儲(chǔ)液裝置中，并調(diào)節(jié)計(jì)量泵；3、調(diào)節(jié)噴嘴5到接收板4的距離為5-30cm；4、開啟高壓電源，調(diào)節(jié)電壓至10-30KV，進(jìn)行紡絲；5、靜電紡絲溫度為室溫，一般為20-30℃。
下面以實(shí)施例子進(jìn)一步說(shuō)明和解釋本發(fā)明的操作過(guò)程及其配方實(shí)施例1(1)配制聚乳酸質(zhì)量濃度為10％的溶液，溶劑為二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶劑；(2)配制PEG濃度為20％溶液，溶劑為丙酮，給溶液中加入BMP-2，濃度為聚合物的1％；
(3)將溶液(1)直接注入外層噴筒(如圖1)，溶液(2)置于連接計(jì)量泵的注射器內(nèi)(如圖1)，進(jìn)行共軸紡絲，制備具有軸心結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)因子緩釋組織工程支架。
實(shí)施例2(1)配制聚乳酸質(zhì)量濃度為10％的溶液，溶劑為二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶劑；(2)配制PLA-PEG濃度為20％溶液，溶劑為丙酮，給溶液中加入BMP-2，濃度為聚合物的1％；(3)將溶液(1)直接注入外層噴筒，溶液(2)置于連接計(jì)量泵的注射器內(nèi)，進(jìn)行共軸紡絲，制備具有軸心結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)因子緩釋組織工程支架。
實(shí)施例3(1)配制聚乳酸質(zhì)量濃度為10％的溶液，溶劑為二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶劑；(2)配制PLA-PEG濃度為20％溶液，溶劑為丙酮，給溶液中加入BMP-2，濃度為聚合物的1％；(3)將溶液(1)直接注入外層噴筒，溶液(2)置于連接計(jì)量泵的注射器內(nèi)，進(jìn)行共軸紡絲，制備具有軸心結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)因子緩釋組織工程支架。
實(shí)施例4(1)配制聚乳酸質(zhì)量濃度為10％的溶液，溶劑為二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶劑；給溶液中加入BMP-2，濃度為聚合物的1％；(2)配制PLA-PEG濃度為20％溶液，溶劑為丙酮；(3)將溶液(2)直接注入外層噴筒，溶液(1)置于連接計(jì)量泵的注射器內(nèi)，進(jìn)行共軸紡絲，制備具有軸心結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)因子緩釋組織工程支架。
實(shí)施例5(1)配制聚乳酸質(zhì)量濃度為10％的溶液，溶劑為二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶劑；(2)配制PLGA濃度為10％溶液，溶劑為DMF和四氫呋喃(1/1)復(fù)合溶劑，給溶液中加入BMP-2，濃度為聚合物的1％；(3)將溶液(1)直接注入外層噴筒，溶液(2)置于連接計(jì)量泵的注射器內(nèi)，進(jìn)行共軸紡絲，制備具有軸心結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)因子緩釋組織工程支架。
實(shí)施例6(1)配制PLGA質(zhì)量濃度為10％的溶液，溶劑為DMF和四氫呋喃(1/1)復(fù)合溶劑；(2)配制PLA-PEG濃度為20％溶液，溶劑為丙酮，給溶液中加入BMP-2，濃度為聚合物的1％；(3)將溶液(1)直接注入外層噴筒，溶液(2)置于連接計(jì)量泵的注射器內(nèi)，進(jìn)行共軸紡絲，制備具有軸心結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)因子緩釋組織工程支架。
實(shí)施例7(1)配制PLGA質(zhì)量濃度為10％的溶液，溶劑為DMF和四氫呋喃(1/1)復(fù)合溶劑；(2)配制PLA-PEG濃度為10％溶液，溶劑為丙酮，給溶液中加入BMP-2，濃度為聚合物的1％；(3)將溶液(1)直接注入外層噴筒，溶液(2)置于連接計(jì)量泵的注射器內(nèi)，進(jìn)行共軸紡絲，制備具有軸心結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)因子緩釋組織工程支架。
實(shí)施例8(1)配制PLGA質(zhì)量濃度為10％的溶液，溶劑為DMF和四氫呋喃(1/1)復(fù)合溶劑；(2)配制PLA-PEG濃度為10％溶液，溶劑為丙酮，給溶液中加入TGF-β1，濃度為聚合物的1％；(3)將溶液(1)直接注入外層噴筒，溶液(2)置于連接計(jì)量泵的注射器內(nèi)，進(jìn)行共軸紡絲，制備具有軸心結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)因子緩釋組織工程支架。
實(shí)施例9(1)配制PLGA質(zhì)量濃度為10％的溶液，溶劑為DMF和四氫呋喃(1/1)復(fù)合溶劑；(2)配制PLA-PEG濃度為20％溶液，溶劑為丙酮，給溶液中加入TGF-β1，濃度為聚合物的1％；(3)將溶液(1)直接注入外層噴筒，溶液(2)置于連接計(jì)量泵的注射器內(nèi)，進(jìn)行共軸紡絲，制備具有軸心結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)因子緩釋組織工程支架。
實(shí)施例10(1)配制聚乳酸質(zhì)量濃度為10％的溶液，溶劑為二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶劑；(2)配制PLA-PEG濃度為20％溶液，溶劑為丙酮，給溶液中加入TGF-β1，濃度為聚合物的1％；(3)將溶液(1)直接注入外層噴筒，溶液(2)置于連接計(jì)量泵的注射器內(nèi)，進(jìn)行共軸紡絲，制備具有軸心結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)因子緩釋組織工程支架。
上述各例制得到的包裹藥物或生長(zhǎng)納米纖維，其效果都很好。
權(quán)利要求
1.一種用于藥物或生長(zhǎng)因子緩釋體系的制備方法，其特征在于具體步驟如下(1)將生物可降解聚合物與藥物或生長(zhǎng)因子按質(zhì)量比1-100∶1溶于溶劑中，配成質(zhì)量濃度為0.01-1g/mL的均勻的電紡絲溶液，對(duì)于不溶于上述溶劑的水溶性藥物可將其通過(guò)超聲儀器均勻分散在聚合物溶液中形成懸浮液；(2)將生物可降解聚合物溶于適當(dāng)溶劑配成濃度為0.01-1g/mL的電紡絲溶液；(3)使用共軸電紡絲技術(shù)，將上述步驟(1)制得的溶液作為內(nèi)芯溶液，步驟(2)制得的溶液作為外層溶液，調(diào)節(jié)電壓至10-30kv，紡絲溫度為20-30℃，制備成軸心結(jié)構(gòu)包裹藥物或生長(zhǎng)因子的納米纖維無(wú)紡布或取向纖維產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的生物可降解聚合物材料包括聚丙交酯，聚乙交酯、聚己內(nèi)酯、乙交酯和丙交酯的共聚物；聚羥基丁酸酯、聚羥基戊酸酯、聚羥基己酸酯；膠原、明膠；聚乙烯醇；殼聚糖及其衍生物；可降解聚氨酯類；聚碳酸酯，或聚碳酸酯與上述材料的共混物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的藥物包括美福仙，兩親酶素，新霉素，莫匹羅星，多粘菌素B，抗真菌藥及喹諾酮類。
4.跟據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述生長(zhǎng)因子包括骨形態(tài)發(fā)生蛋白，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1，胰島細(xì)胞生長(zhǎng)因子，表皮生長(zhǎng)因子，血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子，堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子，神經(jīng)膠質(zhì)生長(zhǎng)因子，軟骨調(diào)節(jié)素-I，血小板衍化生長(zhǎng)因子或角朊細(xì)胞生長(zhǎng)因子。
5.跟據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的溶劑包括氯仿、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、丙酮的一種或兩種的復(fù)合體系。
全文摘要
本發(fā)明屬生物醫(yī)藥材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種包裹藥物或生長(zhǎng)因子的納米纖維的制備方法，本發(fā)明由生物可降解聚合物材料與藥物或生長(zhǎng)因子復(fù)合，利用靜電紡絲技術(shù)將藥物或生長(zhǎng)因子包裹在納米纖維內(nèi)，形成軸心結(jié)構(gòu)的納米纖維緩釋體系。本發(fā)明可通過(guò)控制包裹聚合物的降解性，控制藥物釋放速度，在體內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定衡速釋放，避免藥物變性，生長(zhǎng)因子失活。所得產(chǎn)品既可用于手術(shù)后受損部位局部抗炎癥以防止手術(shù)部位粘合，配合治療；也可作為組織工程支架，種植細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，釋放的生長(zhǎng)因子可誘導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)增殖而成組織替代物，再植入體內(nèi)以修復(fù)缺損組織。
文檔編號(hào)D01D1/00GK1733311SQ20051002891
公開日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者任杰, 諸靜, 顧書英, 任天斌 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)