[发明专利]一种负载外泌体的金属基植入材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种负载外泌体的金属基植入材料及其制备方法和应用。包括金属基体、钙磷酸盐转化膜、表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体，金属基体的表面覆盖钙磷酸盐转化膜，钙磷酸盐转化膜与表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体连接，聚乙二醇化磷脂亲水端与钙磷酸盐转化膜形成Ca²⁺‑O‑PEG络合物，聚乙二醇化磷脂疏水端与外泌体的磷脂双分子结构层结合。提供微纳尺度和粗糙表面来提高外泌体的结合比表面积。增加外泌体的结合量。提高表面生物活性和骨再生能力。

技术领域

本发明属于生物医用金属材料表面改性技术领域，具体涉及一种负载外泌体的金属基植入材料及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

在牙科、骨科等领域，金属基植入材料是常用的承重部位硬组织修复或替换材料。为了使金属与人骨表面发生骨性结合，往往需要对材料进行表面改性，以提高其生物活性。随着种植适用症的不断扩大，对于较为复杂的临床病例，尤其对患有糖尿病、骨质疏松症的患者而言，由于骨缺损局部骨代谢紊乱，成骨细胞活性降低，严重妨碍了植入后材料表面的骨整合。利用生物活性因子修饰材料可迅速提高材料表面生物活性。然而临床应用中发现，较高浓度的人重组骨形态发生蛋白会引起并发症甚至导致肿瘤发生，而且大多数生物活性因子存在半衰期短、免疫原性高且稳定性差等缺陷，活性因子的递送、剂量和价格也是其应用的障碍。因此迫切需要新的策略提高骨质疏松环境下骨缺损部位金属植入材料表面的骨长入能力。

近年来，携带有特异性功能蛋白质和核酸的细胞外囊泡——外泌体，具有低免疫原性、较长半衰期以及高稳定性等特点，引起了研究人员的关注。众多研究表明，细胞分泌的外泌体具有促进细胞增殖分化、调节免疫等功能，依靠其内含的蛋白质和核酸，尤其是mi-RNA，在成骨细胞、破骨细胞和骨髓基质细胞之间的细胞间通讯中发挥至关重要的作用。因此，利用外泌体修饰金属基植入材料表面，可显著缩短植入体表面骨整合时间，对于骨科领域金属基植入材料在促进骨再生和血管新生方面具有极大的应用前景和价值。

发明人发现，国内外目前关于外泌体的修饰多聚焦于聚合物基质，而对于金属材料结合外泌体的报道非常少，主要是缺乏金属表面有效固定外泌体的手段和方法。金属表面一般通过静电作用可吸附少量生物大分子，但这种物理结合效率很低，而且吸附作用极不稳定。也有学者利用聚多巴胺薄膜作为连接材料和功能分子活性基团的过渡层，但是聚多巴胺薄膜无法提供粗糙表面或微纳尺度结构以增加外泌体的结合量。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种负载外泌体的金属基植入材料及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种负载外泌体的金属基植入材料，包括金属基体、钙磷酸盐转化膜、表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体，金属基体的表面覆盖钙磷酸盐转化膜，钙磷酸盐转化膜与表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体连接，聚乙二醇化磷脂亲水端与钙磷酸盐转化膜形成Ca²⁺-O-PEG络合物，聚乙二醇化磷脂疏水端与外泌体的磷脂双分子结构层结合。

金属基体的外表面覆盖钙磷酸盐转化膜层，钙磷酸盐转化膜层的外表面覆盖聚乙二醇化磷脂层，聚乙二醇化磷脂层的外表面覆盖一层外泌体层。金属基植入材料是基底材料，钙磷酸盐转化膜是涂层材料，外泌体为纳米级囊泡，聚乙二醇磷脂是两亲性分子，它其实是形成胶束，将外泌体封装起来的，然后与磷酸钙膜层形成络合物。金属基植入材料的形状不限。

本发明通过金属基植入材料表面含钙磷酸盐转化膜可固定经聚乙二醇化磷脂修饰的外泌体。