一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及組織工程領域，具體涉及一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]組織工程學最基本的思路是在體外分離、培養細胞，將一定量的細胞接種到具有一定空間結構的支架上，通過細胞之間的相互粘附、生長繁殖、分泌細胞外基質，從而形成具有一定結構和功能的組織或器官。材料作為組織工程研究的人工細胞外基質(extracellular matrix, ECM),是組織工程研究的一個重要的方面,它為細胞的停泊、生長、繁殖、新陳代謝、新組織的形成提供支持。組織工程支架材料是指能與組織活體細胞結合并能植入生物體內的材料，它可為細胞提供獲取營養、氣體交換、排泄廢物和生長發育的場所，也是形成新的具有形態和功能的組織、器官的物質基礎。理想的組織工程材料應具有三維立體多孔結構、生物可降解、良好的生物相容性、可塑性及機械強度。對于組織工程角膜更應具有透明屈光、透氧等特性。
[0003]明膠是膠原水解而成的水溶性蛋白質混合物，分子量一般在幾萬至幾十萬之間。明膠保持了膠原的三螺旋結構，含有類似精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(R GD)序列，具有優良的親水性和生物相容性，能夠促進細胞的粘附與生長；同時，明膠去除了膠原的免疫原性，減少了可能存在的病原體感染。作為優良的天然生物材料，明膠已經廣泛應用于組織工程領域。然而，明膠的脆性較大，單獨使用時，降解較快，因此，常常通過化學交聯增加明膠的強度，延長明膠降解的時間。
[0004]光固化交聯提供了一種快速可控形成凝膠網絡的方法。所謂光固化交聯是指借助光引發劑，通過可見光或紫外光引發交聯固化而形成凝膠。通過光固化交聯法具有如下優點:可使前驅體水溶液原位交聯，因而可用于制備可注射凝膠；產物幾何形狀易于控制；在室溫或生理溫度下固化時間短(從不到一秒到幾分鐘)；較低的反應熱等。光聚合水凝膠的前驅體具有良好的流動性，因而可用于異型修復材料的制備，成為當前組織工程支架材料的研究熱點。例如，受損的軟骨由于缺少血管很難自身修復。目前，較常用的治療方法是移植同源軟骨細胞。但是這種方法要通過外科手術移植健康的軟骨，并且受到軟骨形狀的限制。相比之下，軟骨組織工程技術可以將軟骨細胞包埋于具有生物相容性、可生物降解的支架中，以完成軟骨細胞的移植。
[0005]近年來，國內外不少學者采用各種方法制備組織工程支架材料，以期能應用于臨床。發明專利CN 103157141 A “一種醫用組織工程支架的制備工藝”，通過首先制備得到聚二甲基硅氧烷的彈性體模具，再通過溶液澆鑄-冷凍干燥法制得支架單層，最后采用層疊法將制得的單層支架固定得到組織工程支架，但是通過該法得到的組織工程支架材料層與層之間不穩定，使用溶劑粘合對組織工程支架材料的生物相容性產生較大影響；并且制備模具這一前趨步驟增加了工藝的復雜性。發明專利CN 103520770 A“組織工程支架用多孔狀材料”以聚己內酯和聚氧化乙烯為基底材料，通過添加碳酸氫鈉雙螺桿擠出造粒之后再微孔發泡法制得中間產品，對中間產品進行浙濾后真空烘干得到多孔支架材料，但是該法制備工藝復雜，采用雙螺桿擠出造粒使原料的利用率降低，并且對制得的多孔支架材料的生物相容性產生了較大的影響。專利CN 202654450 U “一種組織工程支架”采用氣泡靜電紡絲技術制得纖維狀組織工程支架材料，但是該法對設備要求較高，并且靜電紡絲與聚合物基體的結構性能極為相關，能用于靜電紡絲的天然高分子品種十分有限，對所得的產品結構和性能穩定性的把握也不夠。
【發明內容】
[0006]根據現有技術中存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料及其制備方法。本發明制備的組織工程支架材料具有良好生物相容性并且兼具優良機械性能，制備方法綠色環保、無污染，原料來源廣泛。本發明提供了一種可原位交聯制備生物相容性的組織工程支架材料，可實現對組織進行按需治療。
[0007]本發明采用的技術解決方案是:一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料，所述的組織工程支架材料為基于乙烯基-巰基交聯的網狀結構。
[0008]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料，所述的組織工程支架材料原料為帶有氨基和羧基的生物可降解高分子材料，如明膠、膠原、蛋白質、多肽、聚多糖坐寸ο
[0009]一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法，對原料分別用乙烯基化改性試劑和巰基化改性試劑進行乙烯基化改性處理和巰基化改性處理，再將經過乙烯基化改性處理和巰基化改性處理的原料充分混合并在紫外燈輻照下進行光固化交聯。
[0010]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法，所述的乙烯基化改性試劑為甲基丙烯酸酐、戊酐、丙烯酸酐、馬來酸酐中的一種。
[0011]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法，所述的乙烯基化改性處理的反應溫度為50°c，反應環境為堿性條件，PH值控制在7.4—8之間。
[0012]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法，所述的乙烯基化改性處理的原料溶液濃度為5% — 20%%w/v。
[0013]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法所述的乙烯基化改性試劑的添加速率為0.2mL/min—0.5mL/min，添加量為0.5% — 1.5%v/v。
[0014]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法所述的巰基化改性處理的原料液濃度為0.5% — 2.0% w/v。
[0015]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法所述的巰基化改性處理反應體系PH值穩定控制在4.71—4.81。
[0016]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法，所述的巰基化改性處理反應溫度為37°C。
[0017]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法，所述的巰基基化改性試劑為半胱胺。
[0018]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法，所述的乙烯基化改性原料與巰基化改性原料混合的質量比為2:1。
[0019]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法，所述的巰基化改性原料在混合前要經過通氮排氧處理。
[0020]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法所述的光固化交聯添加的光引發劑為12959型光引發劑，添加量為0.1% — 1.0% w/v。
[0021]所述的一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料的制備方法所述的紫外光輻照強度為50-300mW，輻照時間為20s — 3min。
[0022]本發明得到的有益效果是:本發明提供了一種基于乙烯基-巰基交聯的組織工程支架材料及其制備方法。本發明制備得到的組織工程支架材料生物相容性好，具有適宜的機械強度，能與潛在的應用相匹配，生物可降解，可實現按需治療。本發明提供了一種原位紫外光固化交聯制備技術，制備過程綠色環保、無污染、無毒。
[0023]
【附圖說明】
[0024]圖1為明膠乙烯基化改性反應示意圖。
[0025]圖2為明膠巰基化改性反應示意圖。
[0026]圖3為紫外光固化交聯反應示意圖。
[0027]圖4為本發明組織工程支架材料表面及斷面掃描電鏡圖。
[0028]圖5為細胞在組織工程支架材料中的3D生長熒光顯微共聚焦圖片。
[0029]【具體實施方式】:
下面通過實施例進一步描述本發明，但本發明不僅限于此。
[0030]改性的帶有氨基和羧基的生物可降解高分子材料可為明膠、膠原、蛋白質、多肽、聚多糖等。
[0031]乙烯基化明膠的制備
所用乙烯基化改性試劑為甲基丙烯酸酐(Methacrylic anhydride, MA):首先,取20g明膠溶于200mLDPBS溶液中，調節溫度至50°C，磁力攪拌，得到均勻澄清的明膠溶液；調節溶液的P