[发明专利]一种负载信号分子的三维组织工程纳米纤维支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于组织工程支架及其制备领域，特别涉及一种负载信号分子的三维组织工程纳米纤维支架及其制备方法。

背景技术

支架、细胞和信号分子是组织工程的三大要素。其中，支架是非常关键的组成部分，起着支撑细胞生长、引导组织再生等作用。理想的组织工程支架应该具有仿生天然细胞外基质(ECM)的纳米纤维结构。热致相分离(TIPS)技术一种常用制备纳米纤维的方法，它操作简单，可用于制备各种具有复杂三维形貌的纳米纤维支架。采用TIPS制备的支架，纤维直径在50～500nm，孔隙率超过90％，与致孔技术相结合，还可制备出三维多孔纳米纤维支架，因而，TIPS被认为是最具应用前景的一种纳米纤维支架制备方法。聚左旋乳酸(PLLA)是常用的采用TIPS制备纳米纤维支架的材料，具有良好的生物相容性，并已被美国食品药品监督管理局(FDA)批准可用于临床。信号分子也是组织工程的一个重要的部分，在某些疾病的治疗及组织的再生修复方面具有重要的辅助促进作用。

Song等(J Biomed Mater Res Part B.2012:100B:2178-2186.)以聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)为聚合物基质，介孔二氧化硅纳米粒子(MSNs)为药物载体，采用静电纺丝技术构建了双药物控释体系；Zheng等(Polym Chem.2013,4:933-941.)同样采用静电纺丝技术构建了PLGA/纳米羟基磷灰石(n-HA)复合纳米纤维支架，负载抗癌药物用于癌症治疗。但是静电纺丝技术难以制备具有复杂三维结构的支架，限制了其在组织工程中的应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种负载信号分子的三维组织工程纳米纤维支架及其制备方法，该方法操作简单，不需要复杂设备，可大批量生产；制备的负载信号分子的三维组织工程纳米纤维支架，可模拟体内细胞、ECM和生长因子之间的多重相互作用，为组织治疗和修复提供理想的环境。

本发明的一种负载信号分子的三维组织工程纳米纤维支架，所述支架由聚合物基质和负载信号分子的无机纳米粒子组成；其中无机纳米粒子相对于聚合物基质的质量分数为0.1％-50％；宏观上可具有复杂的三维形貌，微观上呈现纳米纤维结构。

所述聚合物为聚左旋乳酸、聚左旋乳酸与可生物降解聚合物的混合材料中的一种。

所述可生物降解聚合物为聚ε-己内酯、聚羟基乙酸、聚-β-羟丁酸、聚羟基烷基酸酯、聚癸二酸丙三醇酯、聚己内酯-左旋乳酸共聚物、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚氨酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、胶原、明胶、丝素蛋白、纤维蛋白原、纤维素、壳聚糖中的一种或几种。

所述信号分子为药物、生长因子、基因、粘性短肽、抗凝活血性物质中的一种或几种。

所述信号分子优选铁胺DFO、盐酸阿霉素DOX、1-磷酸鞘氨醇S1P中的一种。

所述无机纳米粒子为介孔二氧化硅、介孔生物活性玻璃、石墨烯、纳米羟基磷灰石、碳纳米管中的一种或几种。

本发明的一种负载信号分子的三维组织工程纳米纤维支架的制备方法，包括：

在40-80℃条件下，将聚合物溶解在溶剂中，得到聚合物溶液，然后将负载信号分子的无机纳米粒子和聚合物溶液混合，超声分散处理1-5min，铸入模具内，相分离过夜；退去模具，得到聚合物凝胶，溶剂置换，冷冻干燥，即得负载信号分子的三维组织工程纳米纤维支架；其中聚合物溶液的浓度为5～15％(w/v)。

所述溶剂为水、甲醇、乙醇、己烷、环己烷、叔丁醇、六氟异丙醇、三氟乙醇、1,4-二氧六环、四氢呋喃、N,N-二甲基酰胺、氯仿、丙酮、二氯甲烷中的一种或几种。

所述相分离温度为-20～-80℃。

所述溶剂置换所用溶剂为水、乙醇、甲醇、己烷、环己烷中的一种或几种，溶剂置换温度为-20～10℃左右，交换溶剂2-3天，每天换3-5次溶剂。

所述冷冻干燥时间为1-2d。

本发明充分利用热致相分离技术能够制备纳米纤维支架的优势，采用医学上可接受的聚合物材料作为基质，达到促进细胞在支架上的粘附、增殖及分化等，同时也促进营养物质在支架内的运输和代谢废物的排出。并通过向支架材料中引入负载信号分子的无机纳米粒子，从而引入生物活性成分。从而制备的组织工程支架既能模拟ECM的纳米纤维结构，又具有相应的信号分子释放功能，可用于临床上疾病的治疗以及缺损组织的修复。

有益效果

(1)本发明可根据模具形状制备出具有复杂三维形貌的组织工程支架；