专利名称：软骨组织工程用可注射性水凝胶支架的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医学工程材料领域，特别涉及一种新型的软骨组织工程用可注射性水凝胶支架。
背景技术：
组织工程用可注射性材料的研究已有近100年的历史，但结果并不令人满意。可注射性材料主要可以分为两大类可注射性充填材料和可注射性软骨材料，又可分为非生物可注射性充填材料和生物可注射性充填材料。但这两大类之间并没有严格的界限划分，也有人认为可注射性软骨材料是可注射性充填材料的一个分支。以液体硅胶为代表的非生物可注射性充填材料自1965年由美国食品及药物管理局(FDA)批准有限制地试用于人体后，在全世界尤其是亚洲大范围的使用。随之发现大量病例出现局部肿胀、炎症及肉芽芽肿反应、注射物移位、局部溃疡等，造成灾难性的后果。目前美国FDA已不准使用液体硅胶类材料。对于生物可注射性充填材料也同样令人失望。例如异体和异种胶原基质和自体脂肪，植入人体后容易被吸收，同时胶原基质类产品有时可引起宿主的免疫反应，而且由于自然材料的品质缺乏稳定性，并存在一定的免疫原性，故在可注射性充填材料的研究中纯粹追求生物可注射性充填材料是不明智的。
软骨是一种再生能力很差的组织，由于外伤等原因所导致软骨缺损的修复是临床医学所面临的难题，目前主要采用自体移植或异体移植的方法加以修复。自体移植存在供体组织少、术后易导致供区畸形和感染等缺点，而异体软骨移植目前尚未解决软骨细胞活性与免疫原性之间的矛盾，两者均难以达到满意效果。自1907年组织培养技术开创以来，以组织细胞移植修复组织缺损为解决这一难题提供了新的方法和思路。目前应用于软骨组织工程学研究的支架材料主要有碳纤维、聚羟基乙酸(PGA)、纤维蛋白、胶原、合成水凝胶、藻酸钙等。
根据临床上软骨缺损和畸形整复的不同需求，目前的工程化软骨研究主要集中于两种不同的软骨构建方法，即可注射和特定形态软骨。可注射软骨相对于特定形态软骨具有创伤小、操作简单、可塑性强等优点而成为软骨组织工程的一个热点。可注射软骨是指以可注射的可降解生物材料作为软骨细胞的载体，通过组织工程的方法，将软骨细胞/载体复合物注射入机体内，形成软骨组织，从而达到修复软骨缺损的目的或用于外科整形。最初的可注射软骨是直接注射软骨细胞悬浮液，由于缺乏三维载体支架的生长环境，只有小的软骨结节形成，故可注射性软骨研究的重点在于载体材料的研究。包括胶原凝胶、琼脂糖凝胶、纤维蛋白凝胶、藻酸盐凝胶和聚氧化乙烯凝胶，同时碳纤维、聚羟基乙酸(PGA)等材料也有研究。
目前用于软骨组织工程的可注射性材料的相关专利有中国专利94193832和87105002，但前一专利注重于用于软组织的可注射植入物组合物，包括弹性蛋白、胶原和生物相容载体，和本发明所描述的材料和方法均不相同，后一专利注重于隐形眼镜的水凝胶，内容相关性很小。国外专利如US6129761中概括了几乎各类可注射材料的使用方法和范围，为今后的各种可注射性水凝胶建立起了一个标准。在专利WO93/17669中提到了将聚乙二醇-微乳酸基-丙烯酸的聚合物做为支架材料，利用光引发反应等等。本发明选取的材料与前人的聚合物水凝胶相比，解决了诸如凝胶时间长、凝胶温度过高、凝胶强度低、降解性和生物相容性的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种软骨组织工程用可注射性水凝胶支架。其特征在于将引发剂、助引发剂、去离子水、生物相容性聚合物的单体相混合，按比例5～120mg∶2～20μl∶1～15g∶1g，配制成均匀溶液，在20℃-50℃恒温水浴中反应10min-60min，则可得到未混悬软骨细胞的凝胶。
所述引发剂为水溶性引发剂如过硫酸钾、过硫酸铵。
所述助引发剂为苯胺类试剂如NN-二甲基苯胺、NN-二乙基苯胺、NN-二乙基(邻、间、对)甲苯胺、NN-二甲基(邻、间、对)甲苯胺、N-乙基-N-羟乙基苯胺、N-乙基-N-羟乙基间甲苯胺、NN-二羟乙基苯胺、NN-二羟乙基(间、对)甲苯胺、N-甲基-N-苄基苯胺、N-甲基-N-羟乙基苯胺、N-甲基-N-羟乙基间甲苯胺、NN-二丙基间甲苯胺、N-丁基-N-苄基间甲苯胺、N-丁基-N-羟乙基苯胺；所述聚合物单体为平均分子量300～1000的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)。
本发明的有益效果为通过采用不同的反应温度得到不同凝胶强度、凝胶速度和凝胶温度的适合不同需求的水凝胶支架，具有下述特点和优点(1)凝胶速度快；(2)凝胶温度恒定；(3)凝胶过程在均一水相中进行；(4)成形后凝胶强度大；(5)保水能力强；(6)降解速度快又具有生物相容性。
(7)本发明选取的材料与前人的聚合物水凝胶相比，解决了诸如凝胶时间长、凝胶温度过高、凝胶强度低、降解性和生物相容性的问题。
实施例1取1克平均分子量为330的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)、5毫克过硫酸铵、20微升NN-二甲基苯胺，1克去离子水，于烧杯中配制溶液，然后在50℃恒温水浴中反应15min，则可得到未混悬软骨细胞的凝胶。
实施例2取1克平均分子量为550的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)、15毫克过硫酸钾、10微升NN-二乙基苯胺，3克去离子水，于烧杯中配制溶液，然后在40℃恒温水浴中反应30min，则可得到未混悬软骨细胞的凝胶。
实施例3取1克平均分子量为875的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)、30毫克过硫酸铵、8微升NN-二甲基对甲苯胺，5克去离子水，于烧杯中配制溶液，然后在30℃恒温水浴中反应45min，则可得到未混悬软骨细胞的凝胶。
实施例4取1克平均分子量为330的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)、50毫克过硫酸钾、5微升N-甲基-N-羟乙基苯胺，7克去离子水，于烧杯中配制溶液，然后在20℃恒温水浴中反应60min，则可得到未混悬软骨细胞的凝胶。
实施例5取1克平均分子量为550的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)、70毫克过硫酸铵、3微升NN-二羟乙基对甲苯胺，9克去离子水，于烧杯中配制溶液，然后在50℃恒温水浴中反应15min，则可得到未混悬软骨细胞的凝胶。
实施例6取1克平均分子量为875的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)、90毫克过硫酸铵钾、2微升N-甲基-N-苄基苯胺，15克去离子水，于烧杯中配制溶液，然后在40℃恒温水浴中反应45min，则可得到未混悬软骨细胞的凝胶。
权利要求
1.一种软骨组织工程用可注射性水凝胶支架，其特征在于将引发剂、助引发剂、去离子水、生物相容性聚合物的单体相混合，按比例5～120mg∶2～20μl∶1～15g∶1g，配制成均匀溶液，在20℃-50℃恒温水浴中反应10min-60min，则可得到未混悬软骨细胞的凝胶。
2.根据权利要求1所述软骨组织工程用可注射性水凝胶支架，其特征在于所述引发剂为水溶性引发剂如过硫酸钾、过硫酸铵。
3.根据权利要求1所述软骨组织工程用可注射性水凝胶支架，其特征在于所述助引发剂为苯胺类试剂如NN-二甲基苯胺、NN-二乙基苯胺、NN-二乙基(邻、间、对)甲苯胺、NN-二甲基(邻、间、对)甲苯胺、N-乙基-N-羟乙基苯胺、N-乙基-N-羟乙基间甲苯胺、NN-二羟乙基苯胺、NN-二羟乙基(间、对)甲苯胺、N-甲基-N-苄基苯胺、N-甲基-N-羟乙基苯胺、N-甲基-N-羟乙基间甲苯胺、NN-二丙基间甲苯胺、N-丁基-N-苄基间甲苯胺、N-丁基-N-羟乙基苯胺。
4.根据权利要求1所述软骨组织工程用可注射性水凝胶支架，其特征在于所述聚合物单体为平均分子量为300～1000的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)。
全文摘要
本发明公开了属于生物医学工程材料领域的一种新型软骨组织工程用可注射性水凝胶支架。是将引发剂、助引发剂、去离子水、生物相容性聚合物的单体按比例相混合配制成均匀溶液，在恒温水浴中反应，则可得到可用于软骨组织工程的可注射性水凝胶。提供了具有凝胶速度快、凝胶温度恒定、成形后凝胶强度大、保水能力极强、降解速度快又具有生物相容性的可用于软骨组织工程的可注射性水凝胶支架。应用前景非常广阔。
文档编号A61L27/00GK1460692SQ0313761
公开日2003年12月10日 申请日期2003年6月18日 优先权日2003年6月18日
发明者胡平, 许波 申请人:清华大学