一种组织工程支架及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种由网状骨架与海绵体组成的组织工程支架及其制备方法，属于医疗器械技术领域。所述组织工程支架是由网状骨架与海绵体组成，网状骨架材料为除丝胶蛋白的蚕丝线或可吸收缝合线，网状骨架为蚕丝线或可吸收缝合线的针织结构，海绵体材料为丝素蛋白与聚乙烯醇质量比为1/9～1/1的复合，海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架的外部，组织工程支架具有均匀微结构、良好的生物相容性，提供了组织细胞生长的基质结构，并满足组织工程支架植入人体初期力学性能的稳定性及后期自然消失的要求，本发明组织工程支架制备方法简单、操作方便，适应于制备各种不同形状及力学性能要求的组织工程支架。
【专利说明】
一种组织工程支架及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种网状骨架与海绵体组成的组织工程支架及其制备方法，属于医疗器械技术领域。
【背景技术】
[0002]组织工程是近三十年来发展起来的新兴交叉学科领域，其中最基本的思路是在体外分离、培养细胞接种到具有一定空间结构的支架上，通过细胞之间的相互黏附、生长增殖、分泌细胞外基质，从而形成具有一定结构和功能的组织和器官，这一定空间结构的支架统称为组织工程支架，如皮肤、骨、软骨、肌腱、韧带等。作为组织工程支架需要满足四个条件，适合细胞黏附生长的生物相容性材料、提供细胞生长的孔隙结构、与新生组织相适应的降解特性、满足组织工程支架的结构与力学性能。因此，支架材料在组织工程研究中起着非常重要的作用，它是组织工程实现产业化的关键，而支架材料的加工方法在其中又占有极其重要的地位。中国专利公开号:CN103157135A，【公开日】2013年6月19日，发明创造的名称为一种网状组织工程支架，该申请案公开了一种网状组织工程支架为以去除丝胶蛋白的蚕丝编织的网，网孔内复合胶原、壳聚糖、透明质酸、疏酸软骨素中的一种，或医用聚酯类高分子合成材料聚乳酸、聚丙交酯-已交酯、聚乙醇酸、聚己内酯中的一种或多种。其不足之处是网孔内复合的材料都需要有机溶剂来溶解，这些有机溶剂细胞的培养、繁殖是有较强的毒性，随说溶剂在制备后要除掉，但是难以完全除去，这也是现在部分组织细胞在组织工程支架上培养时，后期细胞死亡严重的原因。寻找一种以水溶性的并具有良好生物相容性的材料来充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架外部的组织工程支架及其制备方法，成为本发明的出发点。
【发明内容】
[0003]针对上述存在的问题，本发明的目的是要解决现有网状组织工程支架存在的缺陷，采用水溶性的聚乙烯醇复合水溶性的丝素蛋白或丝素蛋白粉体的水基分散液来制备复合于网状骨架中多孔海绵体，提供一种满足组织工程支架对支架的力学性能、均匀空隙结构及完全无毒性要求的组织工程支架及其制备方法。
[0004]实现本发明的技术方案是:一种组织工程支架，所述组织工程支架是由网状骨架与海绵体构成，网状骨架材料为除丝胶蛋白的蚕丝线或可吸收缝合线，网状骨架为蚕丝线或可吸收缝合线的针织结构，海绵体材料为丝素蛋白与聚乙烯醇质量比为1/9?1/1的复合，海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架的外部。
[0005]所述的蚕丝线是由3?8股除丝胶蛋白的蚕丝组成的编织结构或加捻结构中的一种。
[0006]所述的可吸收缝合线采用可吸收的普通肠线或铬制肠线中的一种。
[0007]所述的丝素蛋白为蚕丝脱胶后粉碎得到的直径小于500nm的粉体状丝素蛋白，或蚕丝脱胶后，经过溶解，透析，冷冻干燥得到的丝素蛋白。
[0008]—种组织工程支架的制备方法，包括网状骨架的制备，以水为溶剂的丝素蛋白溶液或丝素蛋白粉体分散液及聚乙烯醇溶液的配制，所述制备方法按以下步骤进行:
[0009]a取配置好的丝素蛋白溶液或丝素蛋白粉体分散液与聚乙烯醇溶液相混合得到混合溶液，其中丝素蛋白与聚乙烯醇的质量比为1/9?1/1，丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为5wt%?20wt% ；
[0010]b依据需要制备的组织工程支架的形状选择模具，将与模具结构对应的制备好的网状骨架固定于模具中；
[0011]c再将步骤a制备的混合溶液注入步骤b得到的固定有网状骨架的模具中，冷冻凝固，脱模，冷冻干燥，得到组织工程支架的预制件；
[0012]d将步骤c得到组织工程支架的预制件于80°C、饱和顺丁烯二酸酐、HCl蒸汽气氛中酯化交联2-4小时后，取出预制件于120°C烘箱中热处理15-30min，得到海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架外部的组织工程支架。
[0013]由于采用以上技术方案，本发明组织工程支架可有效的消除现有组织工程支架中网孔内复合的材料都需要有机溶剂来溶解，由于有机溶剂无法完全除去，残存的有机溶剂对细胞培养、繁殖是有较强的毒性，造成细胞培养、繁殖的后期死亡严重。本发明的组织工程支架，以蚕丝线或可吸收缝合线的针织结构的圆管或薄片为组织工程支架的网状骨架，以水溶性的聚乙烯醇、水溶性丝素蛋白或丝素蛋白粉体的水基分散液来制备填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架的外部的海绵体，实现不需要有机溶剂的组织工程支架的制备，并同时使组织工程支架具有多孔网状结构，良好的力学及生物相容性。
[0014]本发明的组织工程支架，由于采用蚕丝线或可吸收缝合线的针织结构网状骨架，保证了组织工程支架的良好力学性能要求;也可以通过改变组成蚕丝线的蚕丝股数来满足对组织工程支架的不同力学性能的要求;本组织工程支架可广泛应用于肌腱、韧带、软骨、腹壁、盆底等抗拉伸组织的修复和组织工程，也可以应用于对抗拉伸要求不高的组织的修复和组织工程。同时蚕丝线或可吸收缝合线的缓慢降解特性保证了组织工程支架植入人体的初期的力学性能的稳定性及后期的自然消失的要求。
[0015]本发明的组织工程支架中的网状骨架可以是蚕丝线或可吸收缝合线的针织结构的圆管或薄片。
[0016]本发明的组织工程支架的制备方法，由于组织工程支架的网状骨架为针织结构的圆管或薄片，就方便采用针织的方式制备一维、二维、三维及异型结构的网状骨架；网状骨架的网孔大小可以方便的通过针织的工艺来调节；同时组织工程支架制备过程中，是将网状骨架固定于模具内再注入网状骨架的填充材料，可以通过选择模具的结构形状来制备各种不同形状、结构的组织工程支架。
[0017]本发明的组织工程支架，由于是在针织结构的网状骨架中复合丝素蛋白溶液或丝素蛋白粉体分散液与聚乙烯醇溶液混合的混合物，再经过冷冻干燥得到多孔的组织工程支架的预制件，可以方便的通过改变混合物中浓度来调节孔隙的大小。所得到的组织工程支架的预制件再经过顺丁烯二酸酐的气相酯化处理，使丝素蛋白或丝素蛋白粉体复合聚乙烯醇不溶入水，随气相酯化处理时间的延长不仅可以使丝素蛋白或丝素蛋白粉体复合聚乙烯醇不溶入水保持稳定的孔隙结构，可进一步调控丝素蛋白或丝素蛋白粉体复合聚乙烯醇的降解速度。
[0018]本发明的组织工程支架的制备方法，以丝素蛋白复合聚乙烯醇为填充的复合材料，聚乙烯醇是一种生物相容性好的合成材料。天然材料丝素蛋白进一步提高、并保证了组织工程支架的生物相容性，特别是丝素粉体保留了天然生物材料细胞发育的基质条件。冻干海绵体的孔隙结构为细胞向支架内部繁殖提供了空间；丝素蛋白复合聚乙烯醇经酯化处理后的缓慢降解特性与组织工程支架上新生组织的缓慢生长特性相适应。本发明的组织工程支架制备方法简单、操作方便、成本低廉，对制备过程具有良好的可控性，本发明适应于制备各种不同形状、不同力学性能要求的组织工程支架。
【附图说明】
[0019]图1为组织工程支架表面形貌电镜图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
[0021]见附图。
[0022]—种组织工程支架，所述组织工程支架是由网状骨架与海绵体构成，网状骨架材料为除丝胶蛋白的蚕丝线或可吸收缝合线，网状骨架为蚕丝线或可吸收缝合线的针织结构，海绵体材料为丝素蛋白与聚乙烯醇质量比为1/9?1/1的复合，海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架的外部。
[0023]所述的蚕丝线是由3?8股除丝胶蛋白的蚕丝组成的编织结构或加捻结构中的一种。
[0024]所述的可吸收缝合线采用可吸收的普通肠线或铬制肠线中的一种。
[0025]所述的丝素蛋白为蚕丝脱胶后粉碎得到的直径小于500nm的粉体状丝素蛋白，或蚕丝脱胶后，经过溶解，透析，冷冻干燥得到的丝素蛋白。
[0026]—种组织工程支架的制备方法，包括网状骨架的制备，以水为溶剂的丝素蛋白溶液或丝素蛋白粉体分散液及聚乙烯醇溶液的配制，所述制备方法按以下步骤进行:
[0027]a取配置好的丝素蛋白溶液或丝素蛋白粉体分散液与聚乙烯醇溶液相混合得到混合溶液，其中丝素蛋白与聚乙烯醇的质量比为1/9?1/1，丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为5wt%?20wt% ；
[0028]b依据需要制备的组织工程支架的形状选择模具，将与模具结构对应的制备好的网状骨架固定于模具中；
[0029]c再将步骤a制备的混合溶液注入步骤b得到的固定有网状骨架的模具中，冷冻凝固，脱模，冷冻干燥，得到组织工程支架的预制件；
[0030]d将步骤c得到组织工程支架的预制件于80°C、饱和顺丁烯二酸酐、HCl蒸汽气氛中酯化交联2-4小时后，取出预制件于120°C烘箱中热处理15-30min，得到海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架外部的组织工程支架。
[0031]如上所述的制备步骤a中丝素蛋白溶液或丝素蛋白粉体分散液，是蚕丝脱胶后，经过溶解，透析，冷冻干燥得到的丝素蛋白分散入水中，磁搅拌直至完全溶解得到稳定的丝素蛋白溶液，或蚕丝脱胶后粉碎得到的直径小于500nm的粉体状丝素蛋白分散于水中，超声分散得到丝素粉体的分散液，丝素蛋白溶液的质量浓度为5wt %?20wt % ；分散液的丝素蛋白粉体的质量浓度为5wt%?20wt% ;配制聚乙烯醇(PVA)溶液时以水为溶剂，并在80°C下磁搅拌。
[0032]丝素蛋白粉体可以为桑蚕丝或榨蚕丝脱胶后，通过机械粉碎的方法制备得到，丝素蛋白粉体的微结构与基质特征没有改变;丝素蛋白可以为桑蚕丝或榨蚕丝脱胶后，经过溶解，透析，冷冻干燥得到。
[0033]可吸收缝合线采用可吸收的普通肠线或铬制肠线中的一种，肠线的型号可以是1#、2#、0#、1/0、2/0、3/0、4/0、5/0中的任意一种。
[0034]下面结合实施例对本发明作进一步的阐述:
[0035]实施例一
[0036]a将质量浓度为5wt%的丝素蛋白水溶液，与质量浓度为5wt%的聚乙烯醇水溶液混合得到混合溶液，其中丝素蛋白与聚乙烯醇的质量比为1/9，丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为5wt%。
[0037]b选择3股除丝胶蛋白蚕丝的编织结构线制备针织结构的圆管形网状骨架及与圆管大小一致的圆柱型模具，并将圆管形网状骨架固定于圆柱型模具中；
[0038]c再将步骤a制备的丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为5wt%的混合溶液注入步骤b得到的固定有网状骨架的模具中，冷冻凝固，脱模，冷冻干燥，得到组织工程支架的预制件。
[0039]d将步骤c得到组织工程支架的预制件于80°C、饱和顺丁烯二酸酐、HCl蒸汽气氛中酯化交联2小时后，取出预制件于120°C烘箱中热处理15min，得到海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架外部的组织工程支架。
[0040]实施例二
[0041 ] a将质量浓度为8wt %的丝素蛋白水溶液，与质量浓度为I Owt %的聚乙烯醇水溶液混合到混合溶液，其中丝素蛋白与聚乙烯醇的质量比为3/7，丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为8wt%。
[0042]b选择5股除丝胶蛋白蚕丝的加捻结构线制备针织结构的薄片形网状骨架与薄片大小一致的薄片型模具，并将薄片形网状骨架固定于薄片型模具中。
[0043]c再将步骤a制备的丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为8wt%的混合溶液注入步骤b得到的固定有薄片形网状骨架的模具中，冷冻凝固，脱模，冷冻干燥，得到组织工程支架的预制件。
[0044]d将步骤c得到组织工程支架的预制件于80°C、饱和顺丁烯二酸酐、HCl蒸汽气氛中酯化交联4小时后，取出预制件于120°C烘箱中热处理20min，得到海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架外部的组织工程支架。
[0045]实施例三
[0046]a将质量浓度为1wt %的丝素蛋白水溶液，与质量浓度为15wt %的聚乙烯醇水溶液混合到混合溶液，其中丝素蛋白与聚乙烯醇的质量比为1/1，丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为12wt%。
[0047]b选择8股除丝胶蛋白蚕丝的编织结构线制备针织结构的薄片形网状骨架与薄片大小一致的薄片型模具，并将薄片形网状骨架固定于薄片型模具中。
[0048]c再将步骤a制备的丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为12wt %的混合溶液注入步骤b得到的固定有薄片形网状骨架的模具中，冷冻凝固，脱模，冷冻干燥，得到组织工程支架的预制件。
[0049]d将步骤c得到组织工程支架的预制件于80°C、饱和顺丁烯二酸酐、HCl蒸汽气氛中酯化交联3小时后，取出预制件于120°C烘箱中热处理30min，得到海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架外部的组织工程支架。
[0050]实施例四
[0051 ] a将质量浓度为15wt%的丝素蛋白水溶液，与质量浓度为25^%的聚乙烯醇水溶液混合到混合溶液，其中丝素蛋白与聚乙烯醇的质量比为3/7，丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为20wt%。
[0052]b选择可吸收的普通肠线1#制备针织结构的圆管形网状骨架及与圆管大小一致的圆柱型模具，并将圆管形网状骨架固定于圆柱型模具中；
[0053]c再将步骤a制备的丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为20wt %的混合溶液注入步骤b得到的固定有网状骨架的模具中，冷冻凝固，脱模，冷冻干燥，得到组织工程支架的预制件。
[0054]d将步骤c得到组织工程支架的预制件于80°C、饱和顺丁烯二酸酐、HCl蒸汽气氛中酯化交联3.5小时后，取出预制件于120°C烘箱中热处理30min，得到海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架外部的组织工程支架。
[0055]实施例五
[0056]a将质量浓度为12wt%的丝素蛋白水溶液，与质量浓度为25^%的聚乙烯醇水溶液混合到混合溶液，其中丝素蛋白与聚乙烯醇的质量比为4/7，丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为15wt%。
[0057]b选择可吸收的铬制肠线2/0制备针织结构的薄片形网状骨架与薄片大小一致的薄片型模具，并将薄片形网状骨架固定于薄片型模具中。
[0058]c再将步骤a制备的丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为15wt %的混合溶液注入步骤b得到的固定有网状骨架的模具中，冷冻凝固，脱模，冷冻干燥，得到组织工程支架的预制件。
[0059]d将步骤c得到组织工程支架的预制件于80°C、饱和顺丁烯二酸酐、HCl蒸汽气氛中酯化交联3小时后，取出预制件于120°C烘箱中热处理30min，得到海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架外部的组织工程支架。
[0060]实施例六
[0061 ] a将质量浓度为1wt %的丝素蛋白水溶液，与质量浓度为25^%的聚乙烯醇水溶液混合到混合溶液，其中丝素蛋白与聚乙烯醇的质量比为6/7，丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为13wt%。
[0062]b选择可吸收的铬制肠线5/0制备针织结构的薄片形网状骨架与薄片大小一致的薄片型模具，并将薄片形网状骨架固定于薄片型模具中。
[0063]c再将步骤a制备的丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为13wt %的混合溶液注入步骤b得到的固定有网状骨架的模具中，冷冻凝固，脱模，冷冻干燥，得到组织工程支架的预制件。
[0064]d将步骤c得到组织工程支架的预制件于80°C、饱和顺丁烯二酸酐、HCl蒸汽气氛中酯化交联2.5小时后，取出预制件于120°C烘箱中热处理30min，得到海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架外部的组织工程支架。
[0065]实施例七
[0066]a将质量浓度为9wt%的丝素蛋白水溶液，与质量浓度为20wt%的聚乙烯醇水溶液混合到混合溶液，其中丝素蛋白与聚乙烯醇的质量比为5/7，丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为15wt%。
[0067]b选择可吸收的普通肠线3/0制备针织结构的圆管形网状骨架及与圆管大小一致的圆柱型模具，并将圆管形网状骨架固定于圆柱型模具中。
[0068]c再将步骤a制备的丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为15wt %的混合溶液注入步骤b得到的固定有网状骨架的模具中，冷冻凝固，脱模，冷冻干燥，得到组织工程支架的预制件。
[0069]d将步骤c得到组织工程支架的预制件于80°C、饱和顺丁烯二酸酐、HCl蒸汽气氛中酯化交联2小时后，取出预制件于120°C烘箱中热处理30min，得到海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架外部的组织工程支架。
【主权项】
1.一种组织工程支架，其特征在于:所述组织工程支架是由网状骨架与海绵体构成，网状骨架材料为除丝胶蛋白的蚕丝线或可吸收缝合线，网状骨架为蚕丝线或可吸收缝合线的针织结构，海绵体材料为丝素蛋白与聚乙烯醇质量比为1/9?1/1的复合，海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架的外部。2.如权利要求1所述的一种组织工程支架，其特征在于:所述的蚕丝线是由3?8股除丝胶蛋白的蚕丝组成的编织结构或加捻结构中的一种。3.如权利要求1所述的一种组织工程支架，其特征在于:所述的可吸收缝合线采用可吸收的普通肠线或铬制肠线中的一种。4.如权利要求1所述的一种组织工程支架，其特征在于:所述的丝素蛋白为蚕丝脱胶后粉碎得到的直径小于500nm的粉体状丝素蛋白，或蚕丝脱胶后，经过溶解，透析，冷冻干燥得到的丝素蛋白。5.—种组织工程支架的制备方法，包括网状骨架的制备，以水为溶剂的丝素蛋白溶液或丝素蛋白粉体分散液及聚乙烯醇溶液的配制，其特征在于，所述制备方法按以下步骤进行: a取配置好的丝素蛋白溶液或丝素蛋白粉体分散液与聚乙烯醇溶液相混合得到混合溶液，其中丝素蛋白与聚乙烯醇的质量比为1/9?1/1，丝素蛋白与聚乙烯醇的总溶质质量浓度为5wt%?20wt% ； b依据需要制备的组织工程支架的形状选择模具，将与模具结构对应的制备好的网状骨架固定于模具中； c再将步骤a制备的混合溶液注入步骤b得到的固定有网状骨架的模具中，冷冻凝固，脱模，冷冻干燥，得到组织工程支架的预制件； d将步骤c得到组织工程支架的预制件于80°C、饱和顺丁烯二酸酐、HCl蒸汽气氛中酯化交联2-4小时后，取出预制件于120°C烘箱中热处理15-30min，得到海绵体填充于网状骨架的孔隙之间并包覆于网状骨架外部的组织工程支架。
【文档编号】A61L27/36GK105920667SQ201610504003
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】柏自奎, 李佳荣, 王洪, 吴星火, 周应山, 顾绍金, 陶咏真, 杨红军, 许杰, 徐卫林
【申请人】武汉纺织大学