[发明专利]一种天然生物交联的纳米复合三维凝胶支架及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物材料、组织工程和高分子材料领域，具体涉及一种天然生物交联的纳米复合三维凝胶支架及制备方法。

背景技术

组织工程的技术关键是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体。这一三维空间为细胞的停泊、生长、繁殖、新陈代谢、新组织形成提供支持。换而言之，细胞等不仅可以在表面还可在支架内部生长和增殖。用于组织工程的多孔支架材料必需具备良好的生物相容性；合适的生物降解性和降解速度；可负载生长因子及传递生物信号，利于细胞黏附、生长和增殖；合适的孔径；高的孔隙率和贯通的孔形态；与植入部位组织相匹配的力学性能和机械强度；材料来源充足，成本合适和易于加工成型等。

目前可供使用的支架材料有：胶原、纤维蛋白、壳聚糖、透明质酸、蚕丝、明胶、聚乳酸、聚羟基乙酸和聚酸酐等。这些材料生物相容性好，来源丰富、造价低，并有很好的生物相容性。

水凝胶是一种状似果冻的物质，是具有高弹性、吸水性的聚合物组成的网状物。由于类似于身体组织的细胞外环境，使得水凝胶可用于医用移植、生物传感、以及药物释放等领域。若用于组织工程中，可作为帮助胚胎干细胞(ESCs)、造血干细胞(HSCs)和间充质干细胞(MSCs)等细胞生长和发展的支架。加拿大多伦多大学生物材料及生物医学工程所化学工程及应用化学系Molly Shoichet教授成功构建出立体水凝胶支架，可同时固定不同的蛋白质，以用来创建视网膜，帮助新组织发展及器官在实验室生长。将胶原和蚕丝等天然生物高分子引入凝胶支架中，可赋予凝胶优良的生物相容性，促进细胞黏附、铺展和增殖，但用量过多会导致凝胶支架力学性能下降，解决此弊端的重要途径之一是引入新型生物交联剂交联生物大分子以提高凝胶支架的机械强度。

作为一种新型优良的天然生物交联剂，京尼平(Genipin/GP)是从京尼平苷中分离、提纯而获得的，其毒性远低于戊二醛和其他常用化学交联剂。京尼平是栀子果实中含有的一种药效成分京尼平苷经β-葡萄糖苷酶水解后的产物，是传统中药杜仲的活性成分之一，在传统中医草药学中以其树皮入药，性温、味甘。京尼平属于环烯醚萜类化合物，含有-OH、-COO-等多个活性基团。京尼平可以与蛋白质、丝素、胶原、明胶和壳聚糖等交联制作生物材料，如人造骨骼、伤口包扎材料等，也可用于治疗肝脏疾病、降压、通便等。

汪宜宇等(苏州大学硕士学位论文，2011-05-18)通过流延法制备京尼平交联的丝素膜，发现交联后的丝素膜中无定形结构减少，聚集态结构趋于规整化，结晶度增大，热稳定性提高。膜的交联度随着京尼平用量的增加有所提高。Chang等(Biomaterials，2002，23(12)：2447-2457)研究了京尼平固定的有细胞和无细胞的牛心包支架植入大鼠皮下后的生物相容特性，及京尼平固定的无细胞的牛心包组织的组织再生速率。对照组使用戊二醛固定的组织。结果表明京尼平固定的两种组织的炎症反应都要明显低于对照组，同时，戊二醛固定的有细胞和无细胞的两种组织炎症反应持续的时间长于京尼平对应组。研究表明京尼平固定的无细胞组织能为组织再生提供一个更好的微环境。

中国专利CN03137617.7公开了一种新型软骨组织工程用可注射性水凝胶支架。是将引发剂、助引发剂、去离子水、生物相容性聚合物的单体按比例相混合配制成均匀溶液，在恒温水浴中反应，得到可用于软骨组织工程的可注射性水凝胶。中国专利CN201110457097.5公开了一种用于一类细胞培养和脱附的纳米凝胶支架材料及制备方法，由低分子量凝胶因子G1和G2通过调节溶剂温度或调节溶剂pH值自组装形成。

由上文献和专利可以看出，京尼平的生物交联可以提高凝胶的力学性能，促进细胞增殖；其次，专利报道的凝胶支架要么是注射进入而后形成支架，要么要通过改变外界条件自组装形成，力学性能不佳。因而，有必要研制一种孔隙率高、生物相容性和力学性能优异、适应面广、价格低、应用方便的三维凝胶支架，以促进组织工程这一跨学科交叉领域的发展。本发明以无机纳米粒子物理交联的合成高分子为骨架，引入生物相容性优异的天然高分子为第二网络，同时对其采用京尼平进行生物交联，可解决上述问题，并可用于医用移植、药物释放和细胞培养等。

发明内容