[发明专利]活性因子可控释放的光交联多层梯度水凝胶及制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种活性因子可控释放的光交联多层梯度水凝胶及制备方法，属于生物凝胶材料技术领域。

背景技术

关节软骨损伤或功能损失是一类严重影响人类健康的疾病。近年来发展起来的组织工程技术是一种新兴的有希望解决组织和器官修复的有效途径，为关节软骨组织修复带来了曙光。组织工程涉及种子细胞、支架材料及生物信号三个要素。

水凝胶的结构和关节软骨细胞外基质相似，能够为细胞和组织生长提供适宜的环境，是用于软骨组织修复和再生的一类非常重要的生物材料。天然关节软骨的结构呈现高度梯度分布，由表面至骨界面被划分为表层、中层和深层三个区域。不同区域层的力学强度、水含量、糖胺聚糖（GAGs）含量和胶原含量由表层至深层呈梯度分布（Yang PJ, Temenoff JS. Engineering orthopedic tissue interfaces[J]. Tissue Engineering: Part B 2009, 15: 127-141）。因此，制备组成和结构呈连续梯度分布的水凝胶以达到修复关节软骨的研究越来越引起人们的关注。

生物活性因子半衰期短，且在材料中不稳定，容易突释，近年来很多研究致力于实现活性因子的持续控制释放。一种方法就是把活性因子包覆在载体微球中，再复合到聚合体系中，但此种方法活性因子的包封率低，使生长因子利用率下降；另一种有效的方法就是把材料进行肝素化，因为肝素结构中带有羧酸基、磺酸基等基团，具有很强的负电荷性，能够和带正电荷的生物活性因子结合形成复合物，进而减缓活性因子的释放。Lee等通过用肝素修饰支架，实现了活性因子的缓释，避免了直接载入支架中的突释现象(Lee J, Choi W, Tae G, Kim YH, Kang SS, Kim SE, Kim S, Jung Y, Kim SH. Enhanced regeneration of the ligament-

bone interface using a poly(L-lactide-co-e-caprolactone) scaffold with local delivery of cells/BMP-2 using a heparin-based hydrogel [J]. Acta Biomaterial 2011,7: 244-257)。

本发明提出一种活性因子可控释放的光交联多层梯度水凝胶的制备方法，在原料上选用明胶/羧甲基壳聚糖两种组分，更好地模拟天然软骨组织胶原/多糖成分，同时对明胶进行肝素修饰，以控制活性因子的突释。通过不同层溶液的梯度实现水凝胶各项性能连续梯度化，满足关节软骨结构呈梯度分布的要求。上述这种水凝胶同时满足修复对材料的结构、组成及活性因子可控释放的要求，目前相关报道较少，在修复活性因子可控释放的呈梯度分布的损伤组织有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活性因子可控释放的光交联多层梯度水凝胶及制备方法。该水凝胶具有良好的生物相容性，且活性因子释放可控；其制备方法过程简单。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种活性因子可控释放的光交联多层梯度水凝胶，其特征在于：该活性因子可控释放的光交联多层梯度水凝胶由下、中、上三层胶质组成，每层厚度为2~4mm，三层厚度均等或不等，每层胶质的主要成分是质量比为(5~10):1的改性的明胶和改性的羧甲基壳聚糖，所述的改性的明胶，是通过甲基丙烯酸缩水甘油酯及肝素对明胶加以改性，改性后的明胶在其氨基上接上双键及肝素；所述的改性的羧甲基壳聚糖，是通过甲基丙烯酸缩水甘油酯对羧甲基壳聚糖加以改性，改性后的羧甲基壳聚糖在其氨基上接上双键；其中，下层（底层）胶质中的改性明胶的双键改性度为40%~50%、肝素接枝量为50μg/mL~60μg/mL，改性的羧甲基壳聚糖的双键改性度为12%；中间层胶质中的改性明胶的双键改性度为25%~40%、肝素接枝量为40μg/mL~50μg/mL，改性的羧甲基壳聚糖的双键改性度为12%；上层（表层）胶质中的改性明胶的双键改性度为15%~25%，肝素接枝量为30μg/mL~40μg/mL，改性的羧甲基壳聚糖的双键改性度为12%。

  上述结构的活性因子可控释放的光交联多层梯度水凝胶的制备方法，

mm其特征在于包括以下步骤：

1) 甲基丙烯酸缩水甘油酯改性明胶和改性羧甲基壳聚糖的制备：