[发明专利]一种骨髓间充质干细胞/可降解水凝胶复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种骨髓间充质干细胞/可降解水凝胶复合材料及其制备方法和用途。该材料以聚乙二醇衍生物和活性氧响应性小分子二胺为原料制备含有活性氧响应性的聚乙二醇超支化聚合物作为水凝胶的组分，由甲基丙烯酸酯改性的透明质酸作为另一组分，以细胞粘附肽、碱性成纤维生长因子以及表皮生长因子为生物活性成分，并将骨髓间充质干细胞负载其中，采用紫外光照辐射引发交联成胶的方法制备。本发明制备的骨髓间充质干细胞/水凝胶复合材料具有良好的生物相容性，材料体系及降解产物对人体无害，力学模量适中，对包埋的细胞无毒副作用，能广泛应用于生物医药、组织工程及修复再生等领域，尤其适用于脊髓损伤等疾病治疗及神经再生。

技术领域

本发明涉及一种骨髓间充质干细胞/可降解水凝胶复合材料及其制备方法和用途，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

公众对自身的医疗健康愈发重视，对各种疾病的治疗与机体功能恢复或重建的需求日益增长。随着对各项疾病发病机制的不断深入研究，学界逐渐意识到，绝大多数疾病的发病与机体组织的过度炎症高度相关，并且随着炎症的产生和不受控发展，机体组织微环境发生剧烈改变，其中尤以氧化应激为最。具体地，在氧化应激过程中，由巨噬细胞、中性粒细胞等炎症细胞过量产生的活性氧物质(ROS)会超出机体的抗氧化能力，从而对组织和细胞产生氧化损伤。在脊髓损伤中，过量的ROS会对神经元、神经胶质细胞以及迁移到损伤部位或者外部植入的干细胞等造成包括DNA、脂质、蛋白质等的氧化损伤，从而造成上述细胞的大量死亡。并且，目前直接将外部移植干细胞作为治疗手段条件并不十分成熟，直接局部注射干细胞后其原位留存率低下，且在原位因氧化应激所致存活率不高，体内的分化方向进一步受到氧化环境的限制。而单纯的生物材料，虽能在一定程度上消除氧化应激环境，却在长期的促进再生方面收效不大。因此，针对过量产生的ROS的疾病微环境设计相应的体系方案，尤其是以生物材料为代表并与干细胞治疗进行联合应用的植入治疗方案，也即制备一种干细胞/生物材料的复合材料具有极高的重要性。

水凝胶材料在水中稳定溶胀并保有大量水分，其结构上与细胞外基质相近，且其与组织性能相近的力学模量可避免力学性能失配所致对机体组织的刺激伤害，因而具有对细胞和组织的亲和性。当前，对具有生物适配性(bio-adaptability)的材料研究方兴未艾。生物适配性，即在良好生物相容性的基础上，具有与体内失能或缺损组织再生速率相适配的降解速率。而水凝胶则可以通过调整成胶组分，采用可降解且降解产物对机体无害的高分子单体制备可降解的水凝胶。基于此，水凝胶材料是一类具有较高医用价值的高分子材料，同时其亦被广泛应用于细胞递送。然而，生物材料仅仅拥有生物适配性，对于复杂的组织修复和再生过程并不足够，生物材料还应具有自适应性(self-adaptability)。自适应性生物材料的特征表现在：材料的性能并不是静态和固定的，而是根据其所处的生理环境或病理微环境不同阶段的需求随时间和空间进行动态演化，并且具有一定的回馈调节能力。具体的，其涵盖了可以响应疾病微环境的刺激响应性并具有一定回馈机制的生物材料。而生物响应性可降解高分子材料因自身性能能够随生物体内微环境变化而作出响应，触发结构断裂，造成响应性降解而备受研究者青睐。作为响应生物体内无处不在且在机体损伤时大量产生活性氧的材料，活性氧(ROS)响应性可降解生物材料也应运而生且不断崭露头角——其在原有可降解性的基础上，通过活性氧响应性进行过量产生活性氧消除、扭转氧化应激疾病微环境，进行组织保护；同时因为活性氧响应性，其在体内的降解速率进一步加速，与组织修复再生的速度进一步匹配。然而，迄今为止，仅有极其少量的骨髓间充质干细胞/活性氧响应性可降解水凝胶复合材料，通过水凝胶材料的氧化响应降解对骨髓间充质干细胞的保护、通过骨髓间充质干细胞进一步强化活性氧响应性可降解水凝胶的后期促进修复再生功能。

酮缩硫醇化合物对活性氧高度敏感，且对酸、碱和蛋白酶催化的降解具有良好的耐受性。有报道利用巯基乙胺为原料合成了ROS响应性的链接剂，再通过缩合反应得到活性氧响应性的聚合物作为DNA的运输载体，该聚合物对酸碱具有良好的稳定性，用于高浓度活性氧环境的癌症细胞的靶向基因传递。然而，迄今为止报道的大部分基于酮缩硫醇化合物的材料都是以纳米粒子的形式存在且被广泛应用于药物传递载体，未曾有报道将其制备成骨髓间充质干细胞/活性氧响应性可降解水凝胶复合材料并用于神经修复再生。