[发明专利]聚乙二醇交联去细胞瓣多信号复合支架材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种枝化状PEG交联去细胞瓣多信号复合支架材料及其制备方法。

技术背景

瓣膜置换术是治疗心脏瓣膜病主要手段。近年全世界心脏瓣膜手术达25万例/年，所需瓣膜替代物约30万枚，年增长速度超过6.9％，我国心脏瓣膜病患者达200万人以上，瓣膜替代物用量约2万枚/年，且以每年20％速度递增。临床常用的两种瓣膜替代物(机械瓣与生物瓣)均存在不可克服的缺陷：前者需终生抗凝，易致出血与栓塞；后者因钙化衰败，10-15年需再次手术。寻找和研制更理想的瓣膜替代物一直是广大心外科医生努力的方向，20世纪80年代后期出现的组织工程心脏瓣膜(TEHV)为实现这一梦想带来新的曙光。心脏瓣膜部位、功能特殊，机械强度和弹性要求较高，使近年TEHV研究较其他(骨、皮肤、血管等)组织工程滞后。

支架材料、种子细胞和二者间相互作用是构建TEHV三大基本要素，其中支架材料是仿生学模拟的主要靶点。高分子材料可控性强，便于化学修饰，但缺少生物信号位点；生物源性材料组织相容性好，但可修饰性差。而去细胞瓣作为一种天然天然材料组，其织结构接近人体正常瓣膜，而且保留了部分生物信号，获取较易，其优良的仿生性非高分子材料和其他生物材料所能媲美。本课题组研究发现猪主动脉瓣经去细胞处理后胶原交联减少，力学性能下降，可溶性基质成分丢失，生物信号减少。因此，改善去细胞瓣的理化性状，制备具 有良好力学性能和生物信号的仿生支架材料，有望突破TEHV研究的瓶颈。

胶原是瓣膜的主要成分，控制胶原交联是影响去细胞瓣力学性能的关键因素。聚乙二醇(PEG)因高度亲水性、优良生物相容性和精确可控制性，近年在生物医用材料领域备受重视。PEG是一种长链大分子聚合物，以重复乙二醇氧化乙烯为基础结构，可呈线形、枝化形等。以往PEG多被用于制成水凝胶缓释生物活性分子，或者用于蛋白质或多肽的功能化修饰。新一代枝化状PEG可在分枝末端引入丙烯酰基或乙烯砜基等官能团，能够与医用生物材料或生物活性分子上半胱氨酸巯基共价结合，化学反应的专一性和修饰率很高，且条件温和。枝化状PEG分子量较小，易于渗入组织内，对细菌吸附和血小板黏附抵抗力强，且一个分子可携带多个官能团；丙烯酰基或乙烯砜基等官能团不仅无毒，且能与支架材料或生物活性分子上半胱氨酸巯基反应，已被用于多种生物医用材料的改性和细胞保护。利用丙烯酰基或乙烯砜基使枝化状PEG与去细胞瓣胶原螺旋内和螺旋间化学偶联，不仅增加交联密度，胶原蛋白更趋稳定，支架材料力学性能提高，同时可引入生物活性分子，增强支架材料生物学性能。

完整的内皮细胞层是防止瓣膜炎症反应和血栓形成的重要因素。近年构建TEHV倾向于将无细胞支架材料植入体内，期望通过机体自我修复机制和召募循环血内皮祖细胞(EPCs)来完成再内皮化。但裸支架直接植入，因生物活性分子不足，EPCs召募、黏附、生长无法有效实现，尤其在高速血流冲击下难以充分再内皮化。血管内皮生长因子(VEGF)是最重要的血管生成活性分子之一，不仅促进新生血管形成、保持毛细血管通透性，而且介导多种细胞增殖、迁移、分化(参见：Zisch AH，Lutolf MP，Hubbell JA.Biopolymeric delivery matrices for angiogenic growth factors.Cardiovasc Pathol.2003；12(6)：295-310)。其分子一般均由同源二聚体构成，每个单体含有121、 165、189或206个氨基酸序列。研究发现VEGF家族主要有VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、胎盘生长因子(PIGF)等成员，以VEGF-A最为重要。VEGF家族对细胞的刺激作用主要通过细胞表面特异性的VEGF受体来完成(酪氨酸激酶受体)，其中VEGF-A通过VEGFR-1(Flt-1)和VEGFR-2(KDR/Flk-1)介导目前几乎所有已知的细胞反应。目前普遍认为VEGFR-2是骨髓EPCs表面标志，外周血中VEGFR-2持续高表达(参见：Smadja DM，Bièche I，Helley D，et al.Increased VEGFR2  expression duringhuman late endothelial progenitor cells expansion enhances in vitro angiogenesis