一种盖髓材料及其制备方法与应用

1.本发明属于医用材料技术领域，尤其涉及一种盖髓材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.保存、微创和再生是当代牙髓治疗学的发展趋势，随着牙髓组织病理学研究的发展和牙髓炎诊断分型的更新，直接盖髓术、活髓切断术等活髓保存治疗的适应证逐渐放宽，根管治疗与根尖诱导成形术等全牙髓治疗不再是治疗牙髓炎的唯一出路。目前应用于活髓保存治疗的盖髓剂主要是以mta、iroot bp plus、biodentine等为代表的新型生物陶瓷类制剂：盖髓剂释放oh-和ca
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，oh-使牙髓组织断面局部ph增加，形成具有抗菌性且能促进矿化的碱性环境，ca
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参与细胞内信号转导通路并维持和调节正常的生物学过程，诱导牙髓内部未分化间充质细胞分化为成牙本质细胞样细胞，并在牙髓断面处形成修复性牙本质，以此达到保留根髓，维持其生理功能的目的。
3.新型生物陶瓷类盖髓剂营造的强碱性环境对感染根管中的粪肠球菌、白假丝酵母菌等常见致病菌的抗菌性较强，对放线菌属(龋源性牙髓炎的特征性细菌之一)等专性厌氧菌无效；且强碱性环境在诱导牙髓组织形成牙本质桥的同时会引起一部分组织坏死使炎症局限，这部分坏死的组织会始终保留在形成的钙化桥中导致其形态缺陷，产生微渗漏。mta、iroot bp plus等生物陶瓷类盖髓剂固化时间长，技术敏感性高，价格昂贵，临床应用存在一定局限性，因此，亟需开发一种生物相容性优越、具有针对性抗菌能力及促牙髓-牙本质复合体再生修复能力的新型盖髓剂。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种降解速率与牙髓修复再生周期匹配、具有抗菌效果、生物相容性好、可注射且能促进内源性根髓干细胞三系分化，实现功能性牙髓-牙本质复合体再生，具备活髓保存治疗临床转化潜力的盖髓材料及其制备方法与应用。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种盖髓材料，所述盖髓材料包括以下质量百分数的组分：1-2％甲基丙烯酰化透明质酸、5-10％抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶、0.1-1％纳米化牙本质、0.25-0.5％光引发剂、余量pbs溶液。
6.本发明提供的盖髓材料添加合适质量百分数的甲基丙烯酰化透明质酸(hama)、抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶(gelma@tet213)、纳米化牙本质(ndm)和光引发剂，组分之间相互作用，得到的盖髓材料可注射、可原位光交联，兼具抗菌性与促成牙本质向分化性；本发明对透明质酸及胶原(牙髓细胞外基质的两大主要成分)分别进行甲基丙烯酰化改性，作为杂化水凝胶的基础组分，能最大限度模拟牙髓组织细胞外基质的天然微环境，保证盖髓材料的高生物相容性，还能提供内源性干细胞增殖、趋化、分化的可降解性功能支架，并使得盖髓材料的降解周期与牙髓修复再生周期相匹配；添加的抗菌肽能够有利于营造无菌的牙髓修复环境，同时避免了生物陶瓷类盖髓材料强碱性环境下部分牙髓组织坏死、牙本质桥
形态缺陷、产生微渗漏等局限性；添加的ndm可以梯度缓释多重生长因子，促进内源性干细胞的成牙本质向、成血管向分化，利于牙髓-牙本质复合体的形成；添加的光引发剂能够促使体系在光照下快速成胶，缩短固化时间。
7.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶的接枝率为60-80％。
8.当抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶的接枝率在60-80％范围内时，制备得到的盖随材料具有优异的抗菌性能。具体的接枝率的计算方法为：制备1、5、10、15、20、25、30μg/ml tet213标准溶液，利用紫外分光光度计测量标准溶液在波长280nm处的吸光度进行线性拟合并计算其标准曲线。收集透析液，测量其在波长280nm处的吸光度，代入标准曲线计算未接枝的tet213含量，反推法计算接枝含量，推算出接枝效率。
9.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶中的抗菌肽上含有巯基基团。
10.本发明选择的抗菌肽上含有巯基基团，能够与甲基丙烯酰化明胶中的烯进行巯基-烯点击化学反应进行接枝，从而形成结构稳定的抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶，通过接枝，也能够使得盖髓材料具有持久的抗菌性，避免简单的共混形成的材料早期的“爆发性”释放。
11.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶中的抗菌肽包括tet213，所述tet213的氨基酸序列为krwwkwwrrc。
12.本发明优选的tet213为含有10个氨基酸的短肽，为天然抗菌肽hhc36碳端半胱氨酸化衍生物，能够与甲基丙烯酰化明胶进行接枝，同时，tet213为广谱抗菌肽，其对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、牙龈卟啉单胞菌等都具有强大的杀伤能力，并且tet213与生物陶瓷类盖髓材料的强碱性抑菌机制不同，其对放线菌属等专性厌氧菌也具有显著的抑制效果，从而能够营造无菌的牙髓修复环境。
13.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶的制备方法为将抗菌肽与甲基丙烯酰化明胶发生巯基-烯点击化学反应，得抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶。
14.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶的制备方法具体包括以下步骤：
15.(1)抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶前体溶液的制备：将甲基丙烯酰化明胶与抗菌肽溶于pbs溶液后加入催化剂于惰性气体保护下反应，得抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶前体溶液；
16.(2)抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶的制备：将抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶前体溶液于4-10℃下透析5-7天，透析结束后再冷冻干燥，得抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶。
17.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述步骤(1)中，甲基丙烯酰化明胶与抗菌肽的质量比为(20-80)：1。
18.当优选的甲基丙烯酰化明胶与抗菌肽的质量比为(20-80)：1时，能够使得制备得到的抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶的接枝率在60-80％之间，从而能够保证盖髓材料具备良好的抗菌性能。
19.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述步骤(1)中，甲基丙烯酰化明胶在
pbs溶液中的质量百分数为1-2％。
20.当甲基丙烯酰化明胶在pbs溶液中的质量百分数为1-2％时，能够避免在4-10℃下透析的情况下前体溶液容易物理成胶，从而降低透析效率的问题。
21.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述步骤(1)中，催化剂为dmpp的dmac溶液；所述dmpp的dmac溶液的质量体积比为1mg:(1-2)ml；所述抗菌肽与dmpp的质量比为(5-10)：1。作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述步骤(1)中，反应的时间为100-120min。
22.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述步骤(1)中，甲基丙烯酰化明胶的取代度为70-90％。
23.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述步骤(2)中，冷冻干燥的时间为36-48h。
24.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述甲基丙烯酰化透明质酸的取代度为10-30％。
25.优选甲基丙烯酰化透明质酸和甲基丙烯酰化明胶的取代度分别为10-30％、70-90％，是因为在此取代度范围内，能够实现前体溶液流动性佳、可通过0.22μm滤器灭菌且制备得到的凝胶机械强度高的两者平衡。
26.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述光引发剂包括苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基磷酸锂(lap)。
27.选择lap且选择添加量为0.25-0.5％是由于其在此浓度下不会影响交联反应也无细胞毒性，具备良好的安全性。
28.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述纳米化牙本质为颗粒状，所述颗粒的粒径在0.2μm以下。
29.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述纳米化牙本质为经健康牙本质组织培养后得到的或是通过收集废弃的健康人类完整牙齿粉末后得到的。
30.作为本发明所述盖髓材料的优选实施方式，所述纳米化牙本质通过收集废弃的健康人类完整牙齿粉末的制备方法为：收集因阻生齿或正畸原因拔除的健康完整的人类牙齿，浸泡于预冷的生理盐水中，24h内用高速手机除去牙釉质、牙骨质及牙髓组织，将剩余牙本质组织置于25-50u/ml青霉素、25-50mg/ml链霉素的双抗溶液中浸泡1-3小时，超声荡洗30分钟，反复3-4次，取出研磨至粉末状，pbs清洗3-4次，离心，弃去上清，烘干，依次过电动筛网，筛至直径0.2μm以下，-80℃储存备用。
31.另外，本发明还提供了一种盖髓材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在避光环境下将甲基丙烯酰化透明质酸、抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶和光引发剂加入到pbs溶液中搅拌溶解后，溶解后加入纳米化牙本质超声分散均匀，然后光照，得盖髓材料。
32.作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述甲基丙烯酰化透明质酸、抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶和纳米化牙本质在加入之前通过γ射线辐射灭菌。
33.作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述搅拌溶解的温度为40-50℃，所述光照为蓝光照射，所述光照的时间为15-60s。
34.作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述蓝光的波长为405nm。
35.另外，本发明还提供了一种盖髓材料在制备牙髓治疗药物上的应用。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
37.第一：本发明提供的盖髓材料添加合适质量百分数的甲基丙烯酰化透明质酸、抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶、纳米化牙本质和光引发剂，组分之间相互作用，得到的盖髓材料具有可注射性、原位光交联性，并且抑菌性能强、生物相容性好；
38.第二：本发明提供的盖髓材料的降解速率与牙髓修复再生周期匹配、能促进内源性根髓干细胞三系分化，实现功能性牙髓-牙本质复合体再生，具备活髓保存治疗临床转化潜力；
39.第三：本发明提供的盖髓材料的制备方法简单、操作简便，具有实际生产应用价值。
附图说明
40.图1为本发明实施例1制备盖髓材料的操作简易示意图；
41.图2为本发明效果例1显示的材料外观图；
42.图3为本发明效果例1显示的材料的截面形貌图；
43.图4为本发明效果例2显示的接枝效果图；
44.图5为本发明效果例3显示的抗菌性能图；
45.图6为本发明效果例4显示的tet213随时间释放曲线图；
46.图7为本发明效果例5显示的细胞三维培养表征图；
47.图8为本发明效果例6显示的盖髓材料促成牙本质向分化能力评估图。
具体实施方式
48.为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
49.实施例1
50.本发明的一种盖髓材料，包括以下质量百分数的组分：2％甲基丙烯酰化透明质酸、10％抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶、1％纳米化牙本质颗粒、0.5％光引发剂、余量pbs溶液；
51.所述甲基丙烯酰化透明质酸的取代度为20％，所述甲基丙烯酰化明胶的取代度为80％；
52.所述盖髓材料的制备方法的简易示意图如图1所示，具体的，包括以下步骤：
53.(1)抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶(gelma@tet213)的制备：称取20mg gelma和1mg tet213(gelma与tet213的质量比为20:1)即溶解于100ml 0.01mol/l pbs溶液中，接着在0.15ml浓度为1mg/ml的dmpp的dmac溶液催化下于室温的氮气环境中反应120min，获得gelma@tet213前体溶液，接着将前体溶液置于4℃条件下透析7天，透析结束后冷冻干燥48小时，获得gelma@tet213；其中，gelma@tet213的接枝率为79.25％。
54.(2)ndm的制备：收集因阻生齿或正畸原因拔除的健康完整的人类牙齿，浸泡于4℃生理盐水中，24h内用高速手机除去牙釉质、牙骨质及牙髓组织，将剩余牙本质组织置于50u/ml青霉素、50mg/ml链霉素的双抗溶液中浸泡1-3小时，超声荡洗30分钟，反复4次，取出研磨至粉末状，pbs清洗3-4次，离心，弃去上清，烘干，依次过电动筛网，筛至直径0.2μm以
下，得ndm；
55.(3)盖髓材料的制备：在避光环境下将经γ射线(15kgy)辐射灭菌后的hama、gelma@tet213和lap加入到100ml 0.01mol/l pbs溶液中，于45℃下搅拌溶解后加入粒径为0-0.20μm ndm超声分散均匀，然后在波长为405nm的蓝光下照射40s，得盖髓材料。
56.实施例2
57.本发明的一种盖髓材料与实施例1的唯一区别在于gelma与tet213的质量比为40:1，gelma@tet213的接枝率为72.50％。
58.实施例3
59.本发明的一种盖髓材料与实施例1的唯一区别在于gelma与tet213的质量比为80:1，gelma@tet213的接枝率为64.75％。
60.实施例4
61.本发明的一种盖髓材料与实施例1的唯一区别在于添加的纳米化牙本质颗粒的质量百分数为0.5％。
62.实施例5
63.本发明的一种盖髓材料与实施例1的唯一区别在于所述盖髓材料包括以下质量百分数的组分：1％甲基丙烯酰化透明质酸、5％抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶、1％纳米化牙本质、0.25％光引发剂、余量pbs溶液。
64.实施例6
65.本发明的一种盖髓材料与实施例1的唯一区别在于所述甲基丙烯酰化透明质酸的取代度为30％，所述甲基丙烯酰化明胶的取代度为70％。
66.对比例1
67.本对比例的一种盖髓材料与实施例1的唯一区别在于所述盖髓材料包括以下质量百分数的组分：3％甲基丙烯酰化透明质酸、15％抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶、3％纳米化牙本质颗粒、0.5％光引发剂、余量pbs溶液。
68.对比例2
69.本对比例的一种盖髓材料与实施例1的唯一区别在于本对比例的制备方法为：
70.在避光环境下将经γ射线(15kgy)辐射灭菌后的hama、gelma、tet213和lap加入到100ml 0.01mol/l pbs溶液中，于45℃下搅拌溶解后加入粒径为0-0.20μm ndm超声分散均匀，然后在波长为405nm的蓝光下照射40s，得盖髓材料。
71.效果例1
72.本效果例对制备得到的盖髓材料进行形貌表征；
73.1、对形貌进行直观表征：
74.1)gelma/hama水凝胶的制备：在避光环境下将经γ射线(15kgy)辐射灭菌后的hama、gelma和lap加入到100ml 0.01mol/l pbs溶液中，然后在波长为405nm的蓝光下照射40s，得gelma/hama水凝胶；
75.2)gelma-tet213/hama水凝胶的制备：在避光环境下将经γ射线(15kgy)辐射灭菌后的hama、gelma@tet213和lap加入到100ml 0.01mol/l pbs溶液中，然后在波长为405nm的蓝光下照射40s，得gelma-tet213/hama水凝胶；
76.将gelma/hama水凝胶、gelma-tet213/hama水凝胶和实施例1制备得到的盖髓材料
(gelma-tet213/hama/ndm)进行直观的观察，从图2中可以看出，gelma/hama水凝胶呈透明澄清状；引入tet213后透明度下降，成形性更佳；引入ndm后水凝胶呈白色胶冻状，成形性最佳。实施例2-6制备得到的盖髓材料与实施例1中的盖髓材料一样呈白色胶冻状；而通过对比例1的技术方案来制备盖髓材料的过程中，在超声分散均匀的过程中有少量悬浮颗粒存在，通过搅拌和加热仍难以使悬浮颗粒充分溶解，且流动性低，可注射效果差。
77.2、对形貌进行微观表征
78.将实施例1制备得到的盖髓材料冻干后进行截面扫描电镜，从图3中可以看出，实施例1制备得到的盖髓材料内部呈现疏松多孔的蜂窝状，无塌陷；另外，图3中第三幅图中的箭头所示为纳米化牙本质基质颗粒，可以看出，纳米化牙本质基质颗粒均匀分散于凝胶支架表面。实施例2-6制备得到的盖髓材料与实施例1中的盖髓材料一样呈现疏松多孔的蜂窝状，无塌陷状，且纳米化牙本质基质颗粒均匀分散于凝胶支架表面。
79.效果例2
80.本效果例验证gelma@tet213是否成功制备，具体包括以下步骤：抗菌肽接枝甲基丙烯酰化明胶(gelma@r-tet213)的制备：称取20mg gelma分别和0mg、0.25mg、0.5mg、1mg经罗丹明b修饰的tet213(rhodamine b-krwwkwwrrc)溶解于100ml 0.01mol/l pbs溶液中，接着在dmpp/dmac催化下于室温的氮气环境中反应120min，获得不同接枝比例的gelma@tet213前体溶液，接着将前体溶液置于4℃条件下透析7天，获得不同接枝比例的gelma@r-tet213透析溶液；
81.将得到的gelma@r-tet213透析溶液倒置激光共聚焦显微镜下观察，得图4，其中a表示未接枝tet213的水凝胶、b表示实施例3的水凝胶、c表示实施例2的水凝胶、d表示实施例1的水凝胶，从图4中的荧光图像中可以看出，本发明的tet213成功接枝于gelma，且荧光化程度随接枝比例提高而升高。
82.效果例3
83.本效果例验证制备得到的盖髓材料的抗菌性，检测实施例1-6制备得到的盖髓材料对龋源性牙髓炎的优势细菌干酪乳杆菌(l.casei)和内氏放线菌(a.naeslundii)的抗菌性，具体包括以下步骤：取平板划线后的l.c和a.n于bhi培养基中，37℃厌氧培养24小时后测定菌浓，稀释至107cfu/ml，分别向未接枝tet213的水凝胶和实施例1-6制备得到的水凝胶中加入等量菌液，37℃共培养24小时，从图5左侧试管图中可以看出，其中a表示未接枝tet213的水凝胶、b表示实施例3的水凝胶、c表示实施例2的水凝胶、d表示实施例1的水凝胶，可以发现，随着接枝比例升高，上清液逐渐澄清，抗菌性逐渐增强；为进一步定量证明，将各上清液稀释1000倍后，取10μl点板，于37℃培养12小时，各组重复三次，从图5中右侧培养皿图中可以看出，40:1组(实施例2、c)的l.c和a.n明显较对照组(未接枝tet213、a)和80:1组(实施例3、b)稀疏，抗菌效果良好，20:1组(实施例1、d)无l.c和a.n生长，可以完全杀菌；其中，采用实施例4-6的技术方案得到的盖髓材料培养皿中和实施例3中一致，无l.c和a.n生长。
84.效果例4
85.本效果例验证实施例1和对比例2制备得到的盖髓材料中的tet213的释放性能，利用紫外分光光度计检测实施例1与对比例2中tet213在12h、24h、48h和72h的释放水平，从图6中可以看出，对比例2中tet213在24小时内“爆发”释放量接近总量的60％，之后释放速率
显著下降，在72小时后基本完全释放；而实施例1中tet213持续缓释，在72小时内仅释放总量的60％左右。
86.效果例5
87.本效果例验证实施例1-6制备得到的水凝胶对第三代人牙髓干细胞(hdpscs)增殖的影响，具体包括以下步骤：将第三代人牙髓干细胞用胰酶消化1min，1000rpm离心5min，弃去上清，用500μl实施例1-6制备得到的盖髓材料重悬，细胞密度为100-200万/ml，蓝光固化30s，将hdpscs三维封装于水凝胶中，加入与凝胶等量的培养液，置于37℃培养14天，每3天换液。14天后吸去培养基，pbs润洗三次，加入适量live/dead细胞染色工作液，37℃避光孵育60min，吸走染色液后pbs润洗三次，采用倒置激光共聚焦显微镜观察；对实施例1的观察结果如图7所示，从图7中可以看出，封装于水凝胶中的hdpscs存活率高，即本发明制备得到的盖髓材料无细胞毒性，能提供有利于hdpscs增殖的环境，对实施例2-5得到的观察结果和实施例1一致。
88.效果例6
89.本效果例验证实施例1、实施例4制备得到的水凝胶促成牙本质向分化的能力，具体包括以下步骤：将第三代人牙髓干细胞用胰酶消化1min，1000rpm离心5min，弃去上清，分别用一定量效果例1中制备得到的gelma/hama水凝胶、实施例4制备得到的盖髓材料、实施例1制备得到的盖髓材料重悬，细胞密度为100-200万/ml，蓝光固化30s，将hdpscs三维封装于水凝胶中，置于37℃培养7天，每3天换液。7天后吸去培养液，pbs润洗三次，4％多聚甲醛固定10min，pbs润洗三次，加入适量碱性磷酸酶(alp)工作液，室温避光孵育10min，终止显色，pbs润洗三次，倒置荧光显微镜下观察，结果如图8所示，其中，a表示效果例1中制备得到的gelma/hama水凝胶(添加0％的ndm)、b表示实施例4制备得到的盖髓材料(添加0.5％的ndm)、c表示实施例1制备得到的盖髓材料(添加1％的ndm)，从图8中可以看出，含有ndm的水凝胶中alp显色深度及矿化结节数目明显高于不含ndm的水凝胶，且具有浓度依赖性，说明本发明制备得到的水凝胶具备促成牙本质向分化的能力，且随ndm质量分数提高而增强；不过若继续增加ndm会导致在制备的过程中较难分散均匀，进而后续会堵塞枪头，增加操作难度、延长操作时间，且在研究过程中发现继续增加ndm得到的效果和添加1％ndm的效果相差无几。
90.最后应当说明的是，以上实施例以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。