一种壳聚糖-柠檬酸/聚乙烯醇双网络水凝胶支架及其制备方法和用途

本发明属于医药化学，具体涉及一种壳聚糖-柠檬酸/聚乙烯醇双网络水凝胶支架及其制备方法和用途。

背景技术：

1、关节软骨属于透明软骨，它覆盖于关节的表面，由软骨细胞和基质构成，软骨细胞占软骨组织的5％或更少，基质主要有蛋白多糖凝胶以及ii型胶原构成，蛋白多糖约占软骨干重的35％，胶原约占软骨干重的60％，起着缓冲应力、吸收震荡、润滑关节表面、防止磨损等重要作用。造成关节软骨损伤的原因多种多样，包括关节受到暴力挤压或撕裂受到的急性损伤以及长期大运动量、高负荷运动对关节造成的慢性磨损。也有研究表明，关节长期缺乏活动也会造成关节软骨退行性变。软骨发生损伤后很难自行修复，因此各种关节软骨损伤修复方法逐渐被研发应用。

2、在损伤、缺损部位植入软骨修复支架对软骨进行修复是一种有潜力的软骨修复方法。而选择合适的软骨修复材料对软骨修复具有重要作用。合适的软骨修复材料应当具备以下性能：(1)良好的力学性能起到临时的支撑作用；2)有利于细胞浸润、黏附、增殖、迁移的的微观结构；3)与软骨细胞外基质相近的的弹性模量有利于诱导干细胞向软骨分化；(3)内源性细胞因子吸附能力以招募内源细胞；(3)炎症调控，抗瘢痕粘连；(4)抗菌、止血。

3、目前研究中，由于聚乙烯醇(pva)水凝胶的高含水性及其特殊的表面结构和天然软骨组织非常相似，因而pva水凝胶是首选的人工软骨材料之一。pva水凝胶无毒、性质稳定、力学性能优良、亲水性好；同时，该水凝胶具有类似天然软骨的多微孔组织，内含大量的水，是一种可渗透材料，在载荷作用下，液体可以渗入和挤出，起到润滑作用，大大降低对磨表面的摩擦阻力，避免由于磨损造成的植入体短期失效和磨屑引起的并发症。但是，pva水凝胶作为修复软骨材料时存在模量低，不能作临时的有效的支撑，难以降解，所做成的水凝胶微观结构不利于细胞黏附，缺乏生物活性的问题。因此，需要对pva水凝胶进行改性，制备性能更加优异的软骨修复材料。论文《聚乙烯醇/壳聚糖多孔水凝胶的制备和性能研究》(柳淑婧等，辽宁医学院学报，2013年，34(2).)公开了以聚乙烯醇、壳聚糖以及聚山梨酯-80为原料，制备得到软骨修复多孔水凝胶，该水凝胶毒性低，含水量高，具有较好的细胞生长及增殖行为；但是，该水凝胶存在力学性能差、较脆、降解过快、缺乏利于细胞增殖黏附的微观结构等问题。

4、因此，需要进一步研究一种具有优良的韧性，与人软骨细胞外基质具有相似的力学性能，具有内源细胞招募功能，抗瘢痕的软骨修复材料。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种壳聚糖-柠檬酸/聚乙烯醇双网络水凝胶支架及其制备方法和用途。

2、本发明提供了一种壳聚糖-柠檬酸/聚乙烯醇双网络水凝胶支架，它是由如下重量配比的原料制备而成：

3、聚乙烯醇5～15份、壳聚糖5-15份、柠檬酸10-30份。

4、进一步地，前述的双网络水凝胶支架是由如下重量配比的原料制备而成：

5、聚乙烯醇5～15份、壳聚糖5-15份、柠檬酸30份。

6、进一步地，前述的双网络水凝胶支架是由如下重量配比的原料制备而成：

7、聚乙烯醇5份、壳聚糖15份、柠檬酸30份。

8、进一步地，所述双网络水凝胶支架是将上述原料配制成溶液后经过定向冷冻、冷冻干燥、高温处理、冷却至室温溶胀而得；

9、所述高温处理为真空条件下程序升温，在80℃保持1～3h、100℃保持1～3h、140℃保持1～3h；优选地，程序升温速度为1℃/min。

10、进一步地，所述配制成溶液的溶剂为双蒸水；所述聚乙烯醇与溶剂的质量体积比为1g：(90-100)ml；

11、和/或，所述溶胀的方式为浸没在pbs或生理盐水中。

12、进一步地，所述定向冷冻的方法为将溶液放入模具中，将模具底部接触液氮进行定向冷冻；

13、和/或，所述冷却速率为1℃/min。

14、本发明还提供了一种制备前述的双网络水凝胶支架的方法，它包括如下步骤：

15、(1)将聚乙烯醇、柠檬酸、壳聚糖溶于溶剂中，将溶液消除气泡后转移到模具中；

16、(2)将模具放入装有液氮的容器中，模具底部接触液氮，进行定向冷冻；

17、(3)定向冷冻得到的支架冷冻干燥；

18、(4)将冷冻干燥后得到的支架进行高温处理，冷却至室温后溶胀，即得；

19、步骤(4)中，所述高温处理为真空条件下程序升温，在80℃保持1～3h、100℃保持1～3h、140℃保持1～3h；优选地，程序升温速度为1℃/min。

20、进一步地，

21、步骤(1)中，所述消除气泡的方法为以1000～2000r/min离心5～10分钟；

22、和/或，步骤(2)中，所述容器置于0～4℃的环境中；

23、和/或，步骤(4)中，所述冷却速率为1℃/min；

24、和/或，步骤(4)中，所述溶胀的方式为浸没在pbs或生理盐水。

25、本发明还提供了前述的双网络水凝胶支架在制备软骨修复材料中的用途。

26、本发明还提供了一种软骨修复材料，它是由前述的双网络水凝胶支架制备而得。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、1、制作的水凝胶支架具有仿生软骨下骨类骨板相似的微观结构，有利于细胞黏附增殖。

29、2、良好的力学性能，弹性模量接近正常软骨细胞外基质，有利于诱导干细胞向软骨细胞分化。

30、3、具有吸附内源细胞因子功能。

31、4、体内体外实验表明，本水凝胶支架具有良好的生物相容性，bmscs可沿着孔道长入，分化为软骨细胞。体内实验证明该支架可在三月内修复膝关节软骨负重区的大缺损。

32、综上，本发明制备了一种壳聚糖-柠檬酸/聚乙烯醇双网络水凝胶支架，该水凝胶支架力学性能良好，且降解速度适宜；同时该水凝胶支架具有良好的生物相容性和生物活性，其无细胞毒性，并且其内部微通道结构有利于干细胞粘附、迁移、进行软骨分化。此外，该水凝胶支架在体内进行软骨修复时具有优良的抗炎抗菌作用以及促进软骨再生功能，在组织工程软骨修复领域具有良好的应用前景。

33、显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

34、以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

技术特征：

1.一种壳聚糖-柠檬酸/聚乙烯醇双网络水凝胶支架，其特征在于：它是由如下重量配比的原料制备而成：

2.根据权利要求1所述的双网络水凝胶支架，其特征在于：它是由如下重量配比的原料制备而成：

3.根据权利要求2所述的双网络水凝胶支架，其特征在于：它是由如下重量配比的原料制备而成：

4.根据权利要求1～3任一项所述的双网络水凝胶支架，其特征在于：所述双网络水凝胶支架是将上述原料配制成溶液后经过定向冷冻、冷冻干燥、高温处理、冷却至室温溶胀而得；

5.根据权利要求4所述的双网络水凝胶支架，其特征在于：所述配制成溶液的溶剂为双蒸水；所述聚乙烯醇与溶剂的质量体积比为1g：(90-100)ml；

6.根据权利要求4所述的双网络水凝胶支架，其特征在于：所述定向冷冻的方法为将溶液放入模具中，将模具底部接触液氮进行定向冷冻；

7.一种制备权利要求1～6任一项所述的双网络水凝胶支架的方法，其特征在于：它包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

9.权利要求1～6任一项所述的双网络水凝胶支架在制备软骨修复材料中的用途。

10.一种软骨修复材料，其特征在于：它是由权利要求1～6任一项所述的双网络水凝胶支架制备而得。

技术总结
本发明提供了一种壳聚糖‑柠檬酸/聚乙烯醇双网络水凝胶支架及其制备方法和用途，属于医药化学技术领域。该双网络水凝胶支架是由如下重量配比的原料制备而成：聚乙烯醇5～15份、壳聚糖5‑15份、柠檬酸10‑30份。本发明水凝胶支架力学性能良好，且降解速度适宜；同时该水凝胶支架具有良好的生物相容性和生物活性，其无细胞毒性，并且其内部微通道结构有利于干细胞粘附、迁移、进行软骨分化。此外，该水凝胶支架在体内进行软骨修复时具有优良的抗炎抗菌作用以及促进软骨再生功能，在组织工程软骨修复领域具有良好的应用前景。

技术研发人员：郭川,孔清泉,吴锦荣,王玉,伍耶,李韦龙
受保护的技术使用者：四川大学华西医院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12