一种多酚修饰ZIF装载活性分子的丝素蛋白和明胶复合支架及其制备方法和用途

本发明属于生物材料，具体涉及一种多酚修饰zif装载活性分子的丝素蛋白和明胶复合支架及其制备方法和用途。

背景技术：

1、牙周组织作为牙齿的复杂支撑组织，发挥营养、固定和传递咀嚼力的多种功能。牙周炎是由牙周病原菌诱发的一种慢性炎症性疾病，它可能导致牙周组织不可逆的损伤，最终导致牙齿松动和脱落，且其与人类生活质量及医疗负担联系紧密。根据最新研究显示，我国成年人牙周炎发病率高达80％。同时，牙周炎与糖尿病具有双向关系。一方面，糖尿病是牙周炎的既定危险因素之一，导致发病率增加3～5倍并加速牙周破坏；另一方面，牙周炎是糖尿病的促发因素，对血糖控制产生不利影响，并导致心肺功能障碍等糖尿病并发症的发生。因此，治疗牙周炎引起的牙周组织损伤仍是全世界面临的重要问题。

2、近年来，疾病微环境作为调控靶点在生物医学治疗方面得到关注。牙周炎等慢性炎症疾病的微环境存在大量活性氧(ros)的积累，炎症反应加剧，巨噬细胞极化方向失调等特点。该病理微环境诱导间充质干细胞(msc)等功能性细胞发生衰老和分化潜能的降低，不利于组织修复再生。从加重的炎症微环境向再生微环境的转变是生物医学促进组织再生的关键。

3、但目前大多数用于组织再生的生物材料仅关注msc的成骨向分化，尚缺乏对微环境的调控性能和治疗特征，限制了其在牙周炎修复中的实际应用。另外，牙周炎治疗有药物的口服全身给药副作用较大，局部给药又存在药物浓度不足、药效丧失快等缺点。因此开发出能装载及缓释药物的、靶向调控病理微环境的牙周炎修复产品具有重要的意义。

4、药物或生长因子等活性分子与生物材料结合的传统方法是使材料在药物溶液中长时间浸泡或直接滴加于其表面。然而，这些直接负载的活性分子常在短时间内大量释放，不但容易失去活性，而且不易控制释放浓度以实现长时间缓释。已有技术实现了锌基的金属有机框架(zif)的制备。zif由于其结构多样性和高孔隙率而被广泛用于装载和释放药物、生长因子等活性分子。然而，大多数zif具有疏水性且不稳定，会导致聚集和快速降解，直接与生物材料结合难以发挥很好的装载及缓释特性。

5、因此，研发一种对zif进行更优化的药物装载及缓释方法，从而获得能够装载及缓释活性分子的丝素蛋白与明胶复合支架并赋予其靶向调控疾病微环境的性能，在牙周炎治疗领域有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多酚修饰zif装载活性分子的丝素蛋白和明胶复合支架及其制备方法和用途。

2、本发明提供了一种丝素蛋白和明胶复合支架，它是由丝素蛋白溶液、明胶、多酚修饰的锌基金属有机框架、交联剂为原料制备而得。

3、进一步地，所述丝素蛋白溶液、明胶、多酚修饰的锌基金属有机框架、交联剂的质量体积比为10～12ml：0.6～3.0g：0.001～0.05g：0.01～0.5g。

4、进一步地，所述丝素蛋白溶液、明胶、多酚修饰的锌基金属有机框架、交联剂的质量体积比为10ml：1.2～2.1g：0.005～0.02g：0.025～0.4g；

5、优选地，所述丝素蛋白溶液、明胶、多酚修饰的锌基金属有机框架、交联剂的质量体积比为10ml：1.2g：0.02g：0.342g。

6、进一步地，所述丝素蛋白溶液中丝素蛋白的质量分数为1％～7％；

7、和/或，所述交联剂为聚乙二醇二缩水甘油醚或京尼平；

8、优选地，所述丝素蛋白溶液中丝素蛋白的质量分数为1％～5％；

9、更优选地，所述丝素蛋白溶液中丝素蛋白的质量分数为2.5％。

10、进一步地，所述丝素蛋白溶液的制备方法包括如下步骤：

11、取脱胶丝素溶解在氯化钙、乙醇和水的三元体系中得混合溶液，将混合溶液与去离子水混合后，加入透析袋中用去离子水透析，取透析液上清液，浓缩定容，即得；

12、优选地，

13、所述脱胶丝素与三元体系的质量比为1：8～12；

14、和/或，所述三元体系中氯化钙、乙醇和水的质量比为0.5～1.5：1～3：7～9；

15、和/或，所述混合溶液与去离子水的体积比为1：1～3；

16、更优选地，

17、所述脱胶丝素与三元体系的质量比为1：10；

18、和/或，所述三元体系中氯化钙、乙醇和水的质量比为1：2：8；

19、和/或，所述混合溶液与去离子水的体积比为1：1；

20、和/或，所述脱胶丝素的溶解温度为60～90℃；和/或，所述透析袋的截留分子量为8000-12000d；和/或，所述透析的温度为37℃，透析的时间为1周，期间每2～6小时更换新的水。

21、进一步地，所述脱胶丝素的制备方法包括如下步骤：

22、1)将蚕茧剪碎，溶于碳酸钠溶液中，煮沸后去离子水冲洗并揉搓；

23、2)重复步骤1)3～4次，烘干，得到脱胶丝素；

24、优选地，

25、步骤1)中，所述碳酸钠溶液的浓度为10～20％；

26、和/或，步骤1)中，所述煮沸的时间为1～1.5小时。

27、进一步地，所述多酚修饰的锌基金属有机框架是按照如下步骤制备而成：

28、(1)锌离子供体与2-甲基咪唑配体反应制得锌基金属有机框架；

29、(2)锌基金属有机框架中加入多酚水溶液中进行反应，即得；

30、优选地，

31、步骤(1)中，所述锌离子供体与2-甲基咪唑配体的质量比为1：3～30；

32、和/或，步骤(1)中，所述反应温度为20～37℃，反应时间为3～4.5小时；

33、和/或，步骤(2)中，所述锌基金属有机框架和多酚的质量比为0.1～1：0.01～0.08；所述锌基金属有机框架和多酚水溶液的质量体积比为0.1～1g：20ml；

34、和/或，步骤(2)中，所述反应温度为20～37℃，反应时间为1～1.5小时；

35、更优选地，

36、步骤(1)中，所述锌离子供体为氧化锌、磷酸锌或乙酸锌；

37、和/或，步骤(2)中，所述多酚为多巴胺、单宁酸、没食子酸或木质素；

38、和/或，步骤(2)中，所述锌基金属有机框架和多酚的质量比为0.5：0.04；所述锌基金属有机框架和多酚水溶液的质量体积比为0.5g：20ml。

39、进一步地，所述多酚修饰的锌基金属有机框架还装载有药物；

40、优选地，所述药物为二甲双胍或骨形成蛋白；

41、更优选地，所述多酚修饰的锌基金属有机框架装载有药物时，在步骤(1)中加入药物进行反应。

42、本发明还提供了前述的丝素蛋白和明胶复合支架的制备方法，它包括如下步骤：

43、将多酚修饰的锌基金属有机框架溶解于丝素蛋白溶液，加入明胶溶解完全，再加入交联剂混合均匀成溶液，倒入模具交联成膜，即得；

44、优选地，所述成膜后用去离子水洗涤，干燥；

45、更优选地，所述成膜温度为40～60℃，成膜时间为4～6小时。

46、本发明还提供了前述的丝素蛋白和明胶复合支架在制备促进牙周炎修复和/或牙周组织再生的支架中的用途；

47、优选地，所述促进牙周炎修复和/或牙周组织再生的支架是促进糖尿病患者牙周炎修复和/或牙周组织再生的敷料。

48、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

49、(1)能够装载及缓释活性分子：本发明制备得到的多酚修饰的zif可以装载活性分子，并可以长时间缓慢释放。

50、(2)zif稳定且分散性好：本发明制备得到的多酚修饰的zif在水溶液中能良好分散，且稳定性高。

51、(3)抗炎和抗细胞衰老：本发明制备得到的zif利用了多酚的儿茶酚基团作为粘附位点，保留了其消除自由基的性能；从而避免了自由基诱导的细胞衰老。

52、(4)促进骨形成：本发明制备得到的zif会降解释放锌离子，能够促进干细胞成骨向分化及骨基质的钙化和成熟。

53、(5)机械性：本发明制备得到的丝素蛋白和明胶复合支架具有良好的机械性能，适合用于牙周组织修复。

54、(6)且能促进糖尿病大鼠的牙周炎修复，消除局部炎症表达，调控牙周组织中成骨相关蛋白及基因的表达，促进牙周膜纤维的有序排列，促进局部巨噬细胞向m2型分化。

55、(7)本发明制备过程中采用的试剂，如多酚、锌离子供体，2-甲基咪唑配体、聚乙二醇二缩水甘油醚等都是无毒的，制备得到的丝素蛋白和明胶复合支架生物相容性良好。

56、综上，本发明提供了一种含多酚修饰的zif的丝素蛋白/明胶复合支架，该复合支架具有良好的稳定性、机械性能和生物相容性；同时该复合支架具有良好的抗炎抗衰老作用，能够促进高糖炎症环境中牙周膜干细胞增殖，并且能够促进骨形成，有望用于牙周炎，特别是糖尿病牙周炎的治疗。此外，该复合支架中的多酚修饰的zif能够载活性药物，对活性药物起到缓释作用，可进一步增强复合支架的效果。本发明复合支架在牙周炎治疗中具有良好的应用前景。

57、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。

58、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。