一种用于心脏组织工程的纳米纤维支架的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于心脏组织工程的纳米纤维支架的制备。本发明将具有不同组成的聚癸二酸甘油酯(PGS)／明胶纳米纤维支架材料利用静电纺丝的方法制备纳米纤维支架，并将其在氢氯化N,N-(3-二甲基氨丙基)-N`-乙基-碳二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的混合溶液中交联，得到该纳米纤维支架。本发明涉及的纳米纤维支架能够提高肌小节的形成，在用于心肌细胞再生和修复的材料方面具有广阔的前景。
【专利说明】一种用于心脏组织工程的纳米纤维支架的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及心肌组织修复和再生领域，尤其涉及一种用于心脏组织工程的纳米纤维支架的制备。
【背景技术】
[0002]心脏组织工程领域的一个非常重要的挑战是能够潜在促进心肌组织修复和再生的仿生嫁接技术的发展。很多研究都集中在通过构建一系列生物物理环境的方法来模拟心肌细胞的各向异性结构。例如，静电纺丝技术已经被广泛地用作一种简单但是具有灵活多样性的方法，来制备具有内部交联孔结构的、高空隙率的纳米纤维支架，并用来模拟心肌的结构。这样的纳米纤维支架能够诱导细胞的排列并且增强细胞间连接处的细胞转移并最终诱导血管组织的构建。一些方法用工程支架来模拟心肌组织结构并精确地调控心肌细胞的功能。但是，目前的技术还不能够同时综合心肌细胞外基质的化学、力学和结构性能。
[0003]明胶作为一种力学性能良好的蛋白质已经被广泛用来制备用于心脏移植的支架材料。明胶很容易降解，其它种类的降解速率较慢的合成聚合物，如聚己二酸(PGA)、聚乳酸(PLA)和聚氨酯(PU)常常被用来制备心肌移植材料。但这些材料在经过长期的拉伸后很容易发生变形导致结构的变坏。
[0004]聚癸二酸甘油酯(PGS)是一种没有毒性的可生物降解的弹性体(硬度:~
0.056-1.5MPa)，已经被广泛用于一些组织工程领域，如神经、心脏和血管系统。例如，PGS可以被用来构建一种各向异性的类似蜂巢的微结构来支撑心肌细胞的同步跳动。然而，这种支架材料常常制备工艺非常复杂，不能够精确地控制支架的性能，孔状结构是随机形成的，纤维的尺寸有限(微米尺度)，而且很容易降解。
【发明内容】
[0005]本发明涉及一种用于心脏组织工程的纳米纤维支架的制备方法。将弹性体聚合物(如PGS)和具有相对较高强度的生物材料(如交联的明胶)结合起来就具有非常好的应用前景。是一种化学和力学性能都可以调控的生物材料，可作为合适的微环境来进行心脏细胞(如心肌成纤维细胞和心肌细胞)的三维培养。
[0006]具体的制备方法如下:
[0007](1)聚癸二酸甘油酯(PGS) (Mw=1000O)的制备:癸二酸和丙三醇按照摩尔比2:1~1:2在氮气和高真空(<50mTorr)的氛围中150~180°C反应30~48h合成PGS。
[0008](2)具有不同组成的PGS /明胶纳米纤维支架材料利用静电纺丝的方法制备:PGS和明胶按照不同的质量比(2:1，1:2和O:1)在80% (v / v)的乙酸溶液中配成15~20%(w / V)的纺丝液，用注射泵将纺丝液注入到I~5mL的注射器中进行静电纺丝，纺丝速度为2~4mL / h,纺丝距离10~15cm,纺丝电压16~20kV。在制备有序纳米纤维的时候用铝箔平行电极作为接受装置，在制备随机排列纳米纤维的时候用玻璃片作为收集材料，制备的纳米纤维支架材料在真空干燥箱中干燥24~48h。[0009](3)交联:将静电纺丝的纳米纤维支架浸入氢氯化N，N-(3- 二甲基氨丙基)-N' -乙基-碳二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的混合溶液中在I~4°C下反应24~36h，在对明胶进行交联时，EDC浓度为85mmol / L，EDC和NHS的摩尔比为4:1，然后将支架材料用磷酸缓冲液洗三次以去除多余的交联剂。
[0010]本发明构建了一种弹性体PGS /明胶纳米纤维支架并用于心肌组织工程领域。细胞的排列和组织在受支架材料的强度影响的同时也受到其结构(有序和随机)的影响，心肌细胞的收缩、组织和成熟受到支架材料的结构、组成和强度的影响。
[0011]在有序纳米纤维支架材料上心肌细胞表现出各向异性组织的肌小节结构，并且无论是有序结构和随机结构的支架材料，PGS的加入都能够提高肌小节的形成。本发明表明PGS /明胶纳米纤维支架是能够用于心肌细胞再生和修复的材料。
【具体实施方式】
[0012]为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明作进一步详述。
[0013]用于心肌组织工程领域的具有可调力学和结构性能的纳米纤维支架材料的制备方法，其步骤如下:
[0014](l)PGS(Mw=10000)的制备:癸二酸和丙三醇按照摩尔比1:1的比例在氮气和高真空(<50mTorr)的氛围中160°C反应36h合成PGS。
[0015](2)具有不同组成的PGS /明胶纳米纤维支架材料利用静电纺丝的方法制备:PGS和明胶按照不同的质量比(2:1，1:2和O:1)在80% (v / v)的乙酸溶液中配成20%(w / V)的纺丝液。用注射泵将纺丝液注入到ImL的注射器中进行静电纺丝，纺丝速度为2ml / h，纺丝距离10cm，纺丝电压18kV。在制备有序纳米纤维的时候用铝箔平行电极作为接受装置，在制备随机排列纳`米纤维的时候用玻璃片作为收集材料，有序和随机排列的纳米纤维支架材料分别命名为 A (2PGS =Gelatin), A (PGS:2Gelatin) ,A(Gelatin)和 R(2PGS:Gelatin), R(PGS:2Gelatin), R(Gelatin),制备的纳米纤维支架材料在真空干燥箱中干燥24h。
[0016](3)交联:将静电纺纳米纤维支架浸入氢氯化N，N-(3_ 二甲基氨丙基)-N'_乙基-碳二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的混合溶液中在4°C下反应24h，在对明胶进行交联时，EDC浓度为85mmol / L，EDC和NHS的摩尔比为4: 1，然后将支架材料用磷酸缓冲液洗三次以去除多余的交联剂。
【权利要求】
1.一种用于心脏组织工程的纳米纤维支架的制备方法，具步骤如下: (1)聚癸二酸甘油酯(PGS)(Mw=1000O)的制备: 癸二酸和丙三醇按照摩尔比2:1~1:2在氮气和真空度小于50mTorr的氛围中150~180°C反应30~48h合成PGS ； (2)用静电纺丝的方法制备PGS/明胶纳米纤维支架材料: PGS和明胶按照不同的质量比(2:1，1:2和O:1)在80% (v / v)的乙酸溶液中配成15~20% (w / V)的纺丝液，用注射泵将纺丝液注入到I~5mL的注射器中进行静电纺丝，纺丝速度为2~4mL / h,纺丝距离10~15cm,纺丝电压16~20kV ;在制备有序纳米纤维的时候用铝箔平行电极作为接受装置，在制备随机排列纳米纤维的时候用玻璃片作为收集材料，制备的纳米纤维支架材料在真空干燥箱中干燥24~48h ； (3)交联: 将静电纺丝的纳米纤维支架浸入氢氯化N，N- (3- 二甲基氨丙基)-N' -乙基-碳二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的混合溶液中在I~4°C下反应24~36h ;在对明胶进行交联时，EDC浓度为85mmol / L，EDC和NHS的摩尔比为4:1，然后将支架材料用磷酸缓冲液洗三次以去除多余的交联剂。
2.如权利要求1所述的纳米纤维支架的制备方法，其特征在于:步骤(1)中的反应温度为170。。。
3.如权利要求1所述的纳米纤维支架的制备方法，其特征在于:步骤(2)中纺丝速度为 4mL / h。
4.如权利要求1所述的纳米纤维支架的制备方法，其特征在于:步骤(3)中混合溶液反应温度为4 C。
【文档编号】A61L27/20GK103599563SQ201310586350
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】韩志超, 许杉杉 申请人:无锡中科光远生物材料有限公司