[发明专利]一种微异型载细胞海藻酸凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种微异型载细胞海藻酸凝胶及其制备方法和应用。微异型载细胞海藻酸凝胶为四层结构，由内至外依次为:细胞和营养液—内层异型凝胶—药物溶液—外层凝胶。本发明的微异型载细胞海藻酸凝胶的内层异型凝胶为细胞定向繁殖提供生物支架；药物溶液使细胞产生功能性分化，形成特定组织/器官的细胞群；外层凝胶保证内部物质的相对独立性。本发明的制备方可以快速、大通量形成均一性较好的微异形载细胞凝胶，还可以通过改变细胞种类、细胞密度和水相所包含的药物制备出不同功能的载细胞凝胶，广泛应用于各类工程器官移植、损伤器官和组织修复中，满足其不同的功能需求。

技术领域

本发明涉及水凝胶技术领域，更具体地，涉及一种微异型载细胞海藻酸酸凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

凝胶是指溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下相互链接，形成具有三维网状结构的凝胶，在其结构空隙中充满了作为分散介质的液体。凝胶种类繁多，例如葡甘露胶、凝胶糖果、芦荟凝胶、气凝胶等等，其中由于海藻酸钠具有较好的生物相容性、无毒性和生物可降解行，使用海藻酸钠制备的海藻酸水凝胶已广泛应用于食品工业和医药领域。凝胶的制备分为物理交联和化学交联。物理交联如加热、扩散等；化学交联如紫外交联等。现有的制备凝胶以海藻酸凝胶为例，将一定量的海藻酸钠粉末或颗粒加入到去离子水中，加热搅拌至完全溶解，制成海藻酸钠溶液。将一定量的钙盐加入到去离子水中，搅拌至完全溶解，制成钙盐溶液，然后通过滴制法将海藻酸钠溶液滴入到钙盐溶液中，钙离子和钠离子进行粒子交换形成海藻酸钙凝胶。海藻酸钠溶液除了可以与Ca²⁺进行离子交换完成凝胶化，也可以与Ba²⁺、Zn²⁺等二价金属离子形成凝胶。化学交联如甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)，GelMA由甲基丙烯酸酐(MA)与明胶(Gelatin)制备获得，加入一定浓度的VA-086光引发剂通过紫外光或可见光激发固化反应，形成适于细胞生长与分化且有一定强度的三维结构。还有聚丙烯酰胺凝胶，它以次甲基双丙烯酰胺为交联剂，经过四甲基乙二胺催化、通过游离基引发(光引发、化学引发等)聚合而成交联聚丙烯酰胺。通过加入光引发剂和光照交联的凝胶的制备已有利用微流控技术来实现，其先通过两相流形成球状凝胶液滴，液滴聚集并暴露在光照下，光照激发光引发剂的作用完成凝胶化。

滴制法制备海藻酸钙凝胶简单易操作，实验室中配置好相关试剂后通过滴管滴加液滴即可形成凝胶，无需复杂昂贵的设备即可完成操作。但是在凝胶液滴上无法保证均匀性，由于表面张力的原因液滴只能保持球形，并且由于交联反应迅速，液滴下落时并非完整球形，而是带有尖端的水滴，所以最终形成的凝胶也是拟球形。而且凝胶的制备速度跟滴入液滴的速度和离子浓度有关，若无相关滴加的仪器设备支持，制备速度较低。光引发剂和光诱导的化学交联制备凝胶可以通过控制引发剂的浓度、种类以及光照强度等各参数来控制凝胶的质量以及凝胶胶体的凝胶化程度。但是由于化学交联的原因，需要引入交联剂和激发条件，比如紫外光照则需要引入紫外光设备，这增加了制造成本。而且引入交联剂不知道其交联反应后是否产生副产物并对内部细胞造成损伤，以及使用的外部激发条件是否损伤细胞，如紫外激发的紫外光对细胞的突变型诱导，温度激发对细胞活性的影响等。

CN 108636380A公开了一种吸附重金属砷的水凝胶微球及制备方法，其制备方法为：(a)将海藻酸钠加入去离子水或茶碱水溶液中，在室温下机械搅拌，形成海藻酸钠溶液；(b)将凹凸棒土单体加入去离子水或茶碱水溶液中，超声分散，然后通过离心去除分散体中的固体沉淀，制得凹凸棒土单体悬浮溶液；(c)将海藻酸钠溶液与凹凸棒土单体悬浮溶液按照1：9—10：1的比例混合后搅拌均匀，制成凹凸棒土石海藻酸钠混合液；(d)将凹凸棒土石海藻酸钠混合液滴入二价金属离子交联剂中，制得离子交联凝胶粒，将离子交联凝胶粒蒸馏水润洗，真空干燥后得到凹凸棒土石海藻酸钠改性聚合物，即水凝胶微球。其制备过程中需要加入化学交联剂，会引发一定的副反应，且对载细胞有一定的损伤。对于如何得到具有良好均一性的载细胞凝胶问题的解决并未提供相关的技术启示。

发明内容