一种微载体及其制备方法和用途与流程

本发明属于生物材料技术领域，特别涉及一种可控表面孔洞打开或关闭，且内部具有孔洞结构的微载体及其制备方法和用途。

背景技术：

细胞疗法(Cell therapy)，是继小分子药物、医疗器械、蛋白药物(抗体疫苗)之后的第四大类治疗方法。它以活的人体细胞为治疗材料，通过体外培养扩增，获得足够多细胞数量后，注射回人体，治疗普通药物无法治愈的多种疾病，如组织缺陷受损、各种癌症等。所有的细胞疗法都需要一个体外培养扩增细胞的过程，且对于干细胞和其他多数成熟细胞等都需要贴在物体表面才能生长。传统的培养方法是将细胞培养在培养皿中，单位体积培养效率低下。

微载体培养是目前公认最有发展前途的一种动物细胞大规模培养技术，其兼具悬浮培养和贴壁培养的优点。目前已公布的关于微载体制备的专利申请有CN200510061868.3，CN201310264873.9，CN201510347440.9，CN00128164.X，然而这些微载体由于表面光滑或者孔洞较小，在搅拌过程中细胞不仅不易贴附其表面，而且还会受到剪切力的伤害；传统方法制备的微载体内部实心，密度较大，不易在培养基中保持悬浮状态。此外多孔结构的微载体比表面光滑的微载体有更大的比表面积，可应用于药物缓释或催化剂负载材料

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种微载体，其表面孔洞打开或关闭，且内部具有孔洞结构，以解决现有技术中上述缺陷。

本发明的第二目的是提供一种微载体的制备方法，制得一种表面孔洞打开或关闭，且内部具有孔洞结构的微载体，以解决现有技术中上述缺陷。

本发明的第三目的是提供一种上述的微载体的用途，用于细胞培养、药物缓释或组织修复填充等用途，以解决现有技术中上述缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种微载体，所述的微载体的粒径大小为50～1000μm，所述的微载体表面的孔洞大小为0～500μm，且内部具有孔洞结构，所述的微载体包括以下步骤制得：

(1)混合相溶液的制备

将聚合物与发泡剂溶于不同极性的溶液中，充分混匀两相溶液得到混合相溶液；

(2)微载体的制备

将所述的混合相溶液加到表面活性剂的水溶液中，经混匀、后处理得到表面孔洞关闭或表面孔洞打开的所述的微载体，所述的表面孔洞关闭的微载体与碱或酸溶液混合搅拌，并经后处理得到表面孔洞打开的所述的微载体。

本发明还公开了一种上述的微载体的制备方法，包括以下步骤：

(1)混合相溶液的制备

将所述的聚合物溶于所述的非极性溶剂中形成所述的第一溶液，将所述的发泡剂溶于所述的极性溶剂中形成所述的第二溶液，所述的第二溶液加入到所述的第一溶液，充分混匀得到所述的混合相溶液；

(2)微载体的制备

将所述的混合相溶液加到表面活性剂的水溶液中，经混匀、后处理得到表面孔洞关闭或表面孔洞打开的所述的微载体，所述的表面孔洞关闭的微载体与碱或酸溶液混合搅拌，并经后处理得到表面孔洞打开的所述的微载体。

进一步的优选，所述的聚合物为聚碳酸酯、聚苯乙烯或聚乳酸(LA)-乙醇酸(GA)共聚物其中的一种，具体由乳酸、乙醇酸、己内酯、苯乙烯，丙烯酸-C₄-C₈烷基酯，甲基丙烯酸C₄-C₈烷基酯或烷基芳基酯作为单体单元的共聚物组成的聚合物，更优优选为聚乳酸(LA)-乙醇酸(GA)共聚物，其中LA:GA的比为100:0～50:50，所述的聚合物的分子量为5000～50000。

进一步的优选，所述的非极性溶剂为一种可溶解高分子聚合物且沸点较低的有机溶剂，包括但不局限于乙醇、甲醚、二氯甲烷、三氯甲烷或乙醚其中的一种或几种；所述的极性溶剂为水。

进一步的优选，所述的发泡剂为铵盐(NH₄HCO₃,NH₄HPO₄等)、碳酸盐(NaHCO₃,KHCO₃等)或H₂O₂等能形成气体的无机物，更为优选为碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢钠、亚硝酸铵其中的一种或几种。

进一步的优选，所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂，包括但不局限于聚乙烯醇PVA，十二烷基硫酸钠，Tween 80，十二烷基苯磺酸钠其中的一种或几种。

进一步的优选，所述的第二溶液加入到所述的第一溶液的体积比为1:5～1:2，所述的第一溶液的聚合物浓度为20～500mg/mL，所述的第二溶液的发泡剂浓度为10～30mg/mL。

进一步的优选，所述的步骤(1)混合相溶液的制备是在温度为4～50℃，搅拌速度为5000～12000rpm/min，搅拌时间为10～120s下进行。

进一步的优选，所述的混合相溶液通过注射器注射到所述的表面活性剂水溶液中，所述的注射器的针孔内径为130～1250μm。

进一步的优选，所述的混合相溶液加入到所述的表面活性剂水溶液的体积比为1:10～1:100，所述的表面活性剂水溶液浓度为5～50mg/mL。

进一步的优选，所述的步骤(2)表面孔洞关闭的所述的微载体的制备是在温度为4～50℃，搅拌速度为100～2000rpm/min，搅拌时间为5min以上，干燥温度小于50℃下进行。

进一步的优选，所述的步骤(2)的碱溶液为氢氧化物盐溶液，更为优选为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液其中的一种或两种；所述的酸溶液为弱酸溶液，更为优选为草酸或稀盐酸其中的一种或两种。

进一步的优选，所述的碱溶液OH^-1的浓度为≤50mM，所述的微载体加入碱液的浓度为100mg/L-1000mg/L；

进一步的优选，所述的步骤(2)表面孔洞打开的所述的微载体的制备是在温度4～50℃，搅拌速度小于2000rpm/min，反应时间小于30min下进行。

本发明还公开了一种上述的微载体的用途，所述的微载体用于细胞培养、药物缓释或组织修复填充等用途。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)材料可降解：制备微载体的材料为聚乳酸(LA)-乙醇酸(GA)共聚物，聚乳酸在生物体内或者在生理盐水中经过一定时间可降解为乳酸；

(2)制备方法简单：本发明的制备方法无需经复杂的化学反应，且制备过程中不涉及剧毒难清洗的化学物质；

(3)微载体多样：本发明的制备方法通过调节发泡剂和聚乳酸的配比就可得到不同表面形貌的细胞载体，如表面多孔(如图2所示)，表面孔洞关闭(即表面褶皱(如图4所示)或表面光滑(如图5、6所示))，且内部均为孔洞结构的微载体，从而满足实际的不同应用需求，此外可通过向表面孔洞关闭的微载体加入碱或酸溶液将其表面孔洞打开，得到表面孔洞打开的微载体(如图7所示)；

(4)生物相容性好：利用本发明制得的微载体培养细胞，细胞具有很好存活状态且增殖明显，比普通二维培养增殖速度更快；

(5)本发明的制备方法，可制得表面多孔且内部具有孔洞结构的微载体，使得细胞可以在微载体内扩增，因此可减小溶液搅拌时，剪切力对细胞的伤害且该微载体比传统的实心微载体的密度更低，更容易悬浮在溶液中，只需要很小的搅拌力即可实现微载体的悬浮，并与营养液混匀；或可制得表面孔洞关闭且内部具有孔洞结构的微载体，因此，比市场上现有实心微载体有更高的细胞贴附率，且因密度小，有利于在溶液中悬浮和与营养液混匀；

(6)本发明的制备方法，制得表面多孔且内部具有孔洞结构的微载体，除了培养贴壁细胞外，当其孔洞大于10微米时，可以用于悬浮细胞的培养，使悬浮细胞钻进孔洞中生长。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的一种微载体的制备方法的路线图；

图2为实施例1利用本发明的一种微载体的制备方法制得的微载体的光学显微镜图和扫描电子显微镜图，其中a为光学显微镜图，b为扫描电子显微镜图；

图3为利用实施例1制得的微载体培养的细胞数量与普通细胞培养的细胞数量的柱状图；

图4为实施例2利用本发明的一种微载体的制备方法制得的微载体的光学显微镜图和扫描电子显微镜图，其中a为光学显微镜图，b为扫描电子显微镜图；

图5为实施例3利用本发明的一种微载体的制备方法制得的微载体的光学显微镜图和扫描电子显微镜图，其中a为光学显微镜图，b为扫描电子显微镜图

图6为实施例4利用本发明的一种微载体的制备方法制得的微载体的扫描电子显微镜图，其中a为其整体图，b为其剖面图；

图7为实施例5利用本发明的一种微载体的制备方法制得的微载体培养细胞后的扫描电子显微镜图，其中a为1800倍，b为3300倍。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明没有特别说明，本发明所使用的材料、试剂等，均可从市场上商业途径获得，光学显微镜为Nikon TMS-F，扫描电子显微镜为Phenom ProX。

如图1所示的是本发明的一种微载体的制备方法的路线图，具体包括以下步骤：

(1)混合相溶液的制备

将聚乳酸溶于非极性溶剂中形成第一溶液，将发泡剂溶于极性溶剂中形成第二溶液，所述的第二溶液加入到所述的第一溶液，利用高速匀浆机高速充分混匀得到混合相溶液；

(2)微载体的制备

将所述的混合相溶液加到表面活性剂的水溶液中，经混匀搅拌、过虑、洗涤和干燥得到表面孔洞关闭或表面孔洞打开的所述的微载体，所述的表面孔洞关闭的微载体与碱溶液混合搅拌，并经过虑、洗涤和干燥等后处理得到表面孔洞打开的所述的微载体。

所述的微载体的粒径大小为50～1000μm，所述的微载体的粒径大小可通过制备微载体的温度、搅拌速度以及注射器针孔内径来控制；所述的微载体表面的孔洞大小为0～500μm，所述的微载体表面的孔洞大小由发泡剂和聚乳酸的相对量来控制。

本发明还公开了一种上述的微载体的用途，所述的微载体用于贴壁细胞和悬浮细胞的培养，还可以用作药物缓释材料或组织修复填充材料等用途。

本发明通过将聚合物与发泡剂溶于不同极性的溶液中，利用高速匀浆搅拌将两相溶液混合均匀后，并经注射器注射到表面活性剂水溶液中，经混匀、后处理得到表面孔洞关闭或表面孔洞打开的所述的微载体，所述的表面孔洞关闭的微载体与碱溶液混合搅拌，并经后处理得到表面孔洞打开的所述的微载体。本发明的制备方法操作简单，反应过程中不涉及有毒有害的物质，可分别通过制备微载体的温度、搅拌速度以及注射器针孔内径来控制所述的微载体的粒径和通过发泡剂和聚乳酸的相对量来控制所述的微载体表面的孔洞大小，从而制得一种可控表面孔洞打开或关闭，且内部具有孔洞结构的微载体，此外可通过向表面孔洞关闭的微载体加入碱或酸溶液将其表面孔洞打开，得到表面孔洞打开的微载体，本发明的微载体具有良好的生物相容性，作为一种微载体应用于生物医药领域。与传统细胞载体相比，本发明的微载体内部具有丰富的孔洞结构，密度小，易于悬浮于培养基中；通过控制微载体表面形貌，使微载体的表面可分别表现为开孔，闭孔光滑，或者闭孔褶皱的形貌，从而分别用于悬浮细胞和不同贴壁细胞的培养；或者用于不同药物缓释或者催化剂的载体材料。

下面将通过若干实施例进一步的阐述和理解本发明。

实施例1

一种微载体的制备方法，包括如下步骤：

(1)混合相溶液的制备：

称取LA:GA＝100：0的分子量10000的聚乳酸300mg溶于8mL二氯甲烷，得到第一溶液，配制浓度为16mg/mL碳酸氢铵水溶液，得到第二溶液，取2.5mL第二溶液加入到第一溶液中，在25℃下经高速匀浆机高速充分混匀，搅拌速度为8000rpm/min，搅拌时间为1min，得到一均匀的混合相溶液；

(2)微载体的制备：

经配有410μm内径针孔的注射器，将步骤(1)制得的混合相溶液快速注射到300mL 20mg/mL的十二烷基硫酸钠水溶液中，在25℃下，经磁力搅拌混匀，搅拌速度为900rpm/min，搅拌时间为2小时；然后再通过孔径为120目的纱网过滤，并经纯水冲洗，洗涤数次后置于室温下，自然挥发干燥得到所述的微载体。

结构表征与性能测试：

利用光学显微镜和扫描电子显微镜对实施例1制得的微载体进行显微观察分析，如图2所示，其中a为光学显微镜图，b为扫描电子显微镜图；从图2中可以看出，制得的微载体的表面具有丰富的孔洞，呈球形结构，粒径为100～400μm，孔洞内径为0～50μm；

同时，将该制得的微载体应用于细胞培养，利用本实施例1的微载体培养细胞的细胞数量与普通细胞培养细胞的细胞数量进行对比，如图3所示。

实验条件为：将适量微载体的表面修饰后，用生理盐水浸泡，浸泡后高压消毒。经过消毒的微载体用含血清的培养基浸泡，在培养箱中孵育1小时，离心并用新鲜培养基重悬，接种于24孔板中，使其铺满底面。将Hela细胞接种于铺满微载体的24孔板中，每孔接种50000个细胞，同时设置对照组，将24孔板放置于细胞培养箱中培养48h。将24孔板从培养箱中取出，用胰蛋白酶将细胞从微载体上脱离下来，收集上清，进行细胞计数，并与对照组细胞进行对比。

实施例2

一种微载体的制备方法，本实施例的操作步骤、方法及条件均与实施例1相同，两者的区别仅在于：称取LA:GA＝100：0的分子量为10000的聚乳酸200mg溶于4mL二氯甲烷，得到所述的第一溶液；所述的第二溶液的碳酸氢铵浓度为10mg/mL；高速匀浆搅拌和磁力搅拌均在温度为25℃下进行。

性能测试：

通过与实施例1相同的显微镜观察可知，本实施例2制备的微载体的粒径大于为200μm，表面没有开孔，呈封闭状态，表面具有经典的褶皱，如图4所示，其中a为光学显微镜图，b为扫描电子显微镜图。同时，将本实施例2的微载体应用于细胞的培养，培养一段时间后，经显微镜观察，该微载体培养的细胞数量比普通细胞培养的细胞数量明显的多，且存活状态好。

实施例3

一种微载体的制备方法，本实施例的操作步骤、方法及条件均与实施例1相同，两者的区别仅在于：称取LA:GA＝100:0的分子量10000的聚乳酸400mg溶于4mL二氯甲烷，得到所述的第一溶液；量取1.25mL的20mg/mL碳酸氢铵溶液加入的到所述的第一溶液；高速匀浆搅拌和磁力搅拌均在温度为25℃下进行。

性能测试：

通过与实施例1相同的显微镜观察可知，本实施例3制备的微载体的粒径大于为200μm，表面没有开孔，呈封闭状态、表面光滑，如图5所示，其中a为光学显微镜图，b为扫描电子显微镜图。同时，将本实施例3的微载体应用于细胞的培养，培养一段时间后，经显微镜观察，该微载体培养的细胞数量比普通细胞培养的细胞数量明显的多，且存活状态好。

实施例4

一种微载体的制备方法，本实施例的操作步骤、方法及条件均与实施例1相同，两者的区别仅在于：称取LA:GA＝75：25的分子量为10000的聚乳酸125mg溶于8mL二氯甲烷，得到所述的第一溶液；所述的第二溶液的碳酸氢铵浓度为10mg/mL，表面活性剂为400mL 10g/L聚乙烯醇溶液；高速匀浆搅拌和磁力搅拌均在温度为25℃下进行。

性能测试

通过与实施例1相同的显微镜观察可知，本实施例4制备的微载体的粒径大约为80μm，表面没有开孔，呈封闭状态、表面光滑，如图6扫描电子显微镜图所示，其中a为单个粒子，b为粒子切面图。同时，将本实施例4的微载体应用于细胞的培养，培养一段时间后，经显微镜观察，该微载体培养的细胞数量比普通细胞培养的细胞数量明显的多，且存活状态好。

实施例5

本实施例是将实施例4的微载体经过开孔得到。本实施例步骤为：称取实施例3的微载体200mg，加入到0.01M氢氧化钠溶液中，200rpm/min搅拌30s，过滤洗涤，30℃烘干。

通过与实施例1相同的显微镜观察可知，本实施例5制备的微载体的粒径与实施例4的类似，但表面开孔。同时，将本实施例5的微载体应用于细胞的培养，培养一段时间后，经显微镜观察，该微载体培养的细胞数量比普通细胞培养的细胞数量明显的多，且存活状态好，如图6扫描电子显微镜图所示。

与现有市场上的微载体相比，本发明的制备方法可控制微载体表面和内部孔洞的结构，即可制得表面多孔且内部具有孔洞结构的微载体，使得细胞可以在微载体内扩增，因此可减小溶液搅拌时，剪切力对细胞的伤害且该形态的微载体比传统的实心微载体密度低，更容易悬浮在溶液中，只需要很小的搅拌力即可实现微载体的悬浮，并与营养液很好的混匀；或可制得表面孔洞关闭且内部具有孔洞结构，因此，比市场上现有实心微载体有更高的细胞贴附率，且因密度小，有利于在溶液中悬浮和与营养液的混匀。本发明的一种微载体在细胞培养中，具有较好的应用前景。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。