一种高强度可降解软骨组织工程支架及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新生物医学材料及其制备领域，涉及一种高强度可降解软骨组织工程 支架及其制备方法，具体涉及用于软骨修复重建的壳聚糖/明胶复合多孔支架及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 创伤、肿瘤、先天缺陷等原因都有可能引起组织的破坏及缺失，如何修复及重建正 常组织、器官是再生医学中十分重要的一点。组织工程的出现为解决这一难题提供了可能 性，而组织工程中的一个关键就是利用细胞培养的组织工程三维多孔支架材料的制备。支 架材料在这一过程中不仅起着支撑作用，保持原有组织的形状，而且还起到模板作用，为 细胞提供赖以寄宿、成长、分化和增殖的场所，并引导受损组织的再生和可控再生。
[0003] 目前组织工程多孔支架材料主要是来自于一些合成高分子和天然高分子，合成高 分子主要有聚乳酸、聚己内脂、聚羟基乙酸、聚原酸酯等；天然高分子主要有甲壳素、胶原、 明胶、壳聚糖、透明质酸、海藻酸盐、硫酸软骨素等；本着方便易得、来源广泛、以及天然生物 材料与人体组织相近生物相容性好的原则，许多研宄者选择了天然生物材料制备组织工程 支架，但是单组分的天然支架普遍不能模拟复杂的人体成分并且会有机械强度低的问题。
[0004] 壳聚糖是一种由β 1-4糖苷键相连的葡萄糖胺和N-乙酰基-D葡萄糖胺的线性天 然聚合物。而N-乙酰基-D葡萄糖胺基团还存在于软骨的细胞外基质成分中，因此壳聚糖 与软骨组织有着良好的相容性，并且壳聚糖还被证实可诱导软骨细胞附着、增殖、甚至软骨 再生，易于塑形，生物降解速率可调控，已经被广泛地应用于构建组织工程支架。明胶作为 胶原蛋白的部分变性产物同样拥有杰出的生物相容性，无抗原性，亲水性和可塑性。同样在 生物材料和制药方面得到了广泛应用。公开号为CN103724657A的中国发明专利申请公开 了一种壳聚糖-明胶复合支架，该方法是以壳聚糖和明胶等天然生物材料为原料，有机硅 烷偶联剂ΚΗ-560为交联剂，采用冷冻干燥法，制备出力学性能优良的由纯天然生物材料组 成的交联壳聚糖/明胶复合多孔支架。本发明制备的交联壳聚糖/明胶复合多孔支架具有 高孔隙率、高孔强度和大孔径等特点，其孔径为100~300 μ m，孔隙率>90 %，为大孔含小孔 的开放型孔结构，适合在支架表面种植细胞。相比壳聚糖支架，该交联壳聚糖/明胶复合多 孔支架具有更好的力学性能，明胶和有机硅交联剂的加入，更有利于细胞在多孔支架表面 的增殖和分化，对生物细胞的亲和性越好。但是该支架的力学性能和生物相容性仍然达不 到软骨组织工程等的要求，且降解性能未知。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个目的在于在保持壳聚糖/明胶支架杰出生物相容性的前提下，提供 一种高强度可降解软骨组织工程支架。
[0006] 本发明软骨组织工程支架是壳聚糖与明胶以重量比为1 : (0. 01~2)的复合支架， 其中壳聚糖的质量百分比浓度为3 %~6 %，明胶的质量百分比浓度为0. 03 %~10 % ;
[0007] 作为优选，本发明软骨组织工程支架是壳聚糖与明胶以重量比为1:1的复合支 架，其中壳聚糖的质量百分比浓度为4 %，明胶的质量百分比浓度为4 % ;
[0008] 该软骨组织工程支架具有优异的物理机械性能，同时具有可调控的降解速率以及 杰出的软骨细胞的生物相容性。
[0009] 本发明的另一个目的是提供上述高强度可降解软骨组织工程支架的制备方法。该 方法是以壳聚糖和明胶等天然生物材料为原料，采用原位沉析及冷冻干燥法，制备出力学 性能优良，降解速率可控，生物相容性优异的不添加交联剂的纯天然生物材料组成的壳聚 糖/明胶复合多孔支架。
[0010] 本发明壳聚糖/明胶复合多孔支架的制备方法，包括具体步骤如下：
[0011] 步骤（1)、将3~6g壳聚糖和0. 03~IOg明胶溶解于100mL乙酸溶液中混合均匀 后封口置于30~60°C水浴中，以100~300转/分钟搅拌12~48小时，直到形成淡黄色 均一稳定的溶液为止，静置脱泡6~24小时，得到壳聚糖/明胶复合溶液；
[0012] 所述的壳聚糖与明胶的加入量质量比为I :(0.01~2)，优选为1:1 ;
[0013] 所述的乙酸溶液为2ml乙酸溶于100mL去离子水中形成的体积百分比为2 %的乙 酸溶液；
[0014] 步骤（2)、将质量百分含量为3~6 %的壳聚糖溶液注入模具内表面，在模具内表 面形成一层厚度为0. 2~5mm的溶液，然后将模具浸入NaOH凝固液中1~10分钟，得到 单纯壳聚糖薄膜；
[0015] 所述的NaOH凝固液为质量百分比为3~6 %的NaOH溶液；
[0016] 步骤（3)、将步骤⑴得到的壳聚糖/明胶复合溶液注入到步骤⑵壳聚糖薄膜 内，然后再次浸入NaOH凝固液中，静置12~48小时后得到初凝胶棒；将初凝胶棒置于蒸 馏水中用镊子剥去外膜后漂洗至中性，取出得到复合凝胶棒；将复合凝胶棒放入烘箱中以 30°C~60°C烘干1~4小时，再置于-20~-160°C冰箱中放置4~16小时后，放入冷冻 干燥机内，_120°C~-20°C冻干12~48h后得到壳聚糖/明胶复合多孔支架。
[0017] 所述的壳聚糖为由β (1，4)糖苷键相连的葡萄糖胺和N-乙酰基-D葡萄糖胺的线 性天然聚合物，其分子量为106,脱乙酰度多95 %，粘度为100~200mpa. s，化学结构式为
[0018]
【主权项】
1. 一种高强度可降解软骨组织工程支架，其特征在于该软骨组织工程支架是由壳聚糖 与明胶按照重量比为1 : (0.0 l~2)复合而成，其中壳聚糖的质量百分比浓度为3 %~6 %， 明胶的质量百分比浓度为〇. 03 %~10 %。
2. 如权利要求1所述的一种高强度可降解软骨组织工程支架，其特征在于该软骨组织 工程支架是由壳聚糖与明胶按照重量比为1:1复合而成，其中壳聚糖的质量百分比浓度为 4 %，明胶的质量百分比浓度为4 %。
3. 制备如权利要求1所述的一种高强度可降解软骨组织工程支架的方法，其特征在于 该方法包括以下步骤： 步骤（1)、将3~6g壳聚糖和0. 03~IOg明胶溶解于100mL体积百分比为2 %的乙酸 溶液中混合均匀后封口置于30~60°C水浴中，以100~300转/分钟搅拌12~48小时， 直到形成淡黄色均一稳定的溶液为止，静置脱泡6~24小时，得到壳聚糖/明胶复合溶液； 所述的壳聚糖与明胶的加入量质量比为1 : (〇. 01~2); 步骤（2)、将质量百分含量为3~6 %的壳聚糖溶液注入模具内表面，在模具内表面形 成一层厚度为0. 2~5mm的溶液，然后将模具浸入NaOH凝固液中1~10分钟，得到单纯 壳聚糖薄膜； 步骤（3)、将步骤（1)得到的壳聚糖/明胶复合溶液注入到步骤（2)壳聚糖薄膜内， 然后再次浸入NaOH凝固液中，静置12~48小时后得到初凝胶棒；将初凝胶棒置于蒸馏 水中剥去外膜后漂洗至中性，取出得到复合凝胶棒；将复合凝胶棒放入烘箱中以30°C~ 60°C烘干1~4小时，再置于-20~-160°C冰箱中放置4~16小时后，放入冷冻干燥机 内，-120°C~-20°C冻干12~48h后得到壳聚糖/明胶复合多孔支架。
4. 如权利要求3所述的一种高强度可降解软骨组织工程支架的制备方法，其特征在于 步骤（1)所述的壳聚糖粉末、明胶颗粒的加入量质量比为1 :1。
5. 如权利要求3所述的一种高强度可降解软骨组织工程支架的制备方法，其特征在于 步骤⑵与⑶中所述的NaOH凝固液为质量百分比为3~6 %的NaOH溶液。
6. 如权利要求1所述的一种高强度可降解软骨组织工程支架或如权利要求3所述的一 种高强度可降解软骨组织工程支架的制备方法，其特征在于所述的壳聚糖为由β (1，4)糖 苷键相连的葡萄糖胺和N-乙酰基-D葡萄糖胺的线性天然聚合物，其分子量为106,脱乙酰 度彡95 %，粘度为100~200mpa. s，化学结构式为
7. 如权利要求1所述的一种高强度可降解软骨组织工程支架或如权利要求3所述的一 种高强度可降解软骨组织工程支架的制备方法，其特征在于所述的明胶为胶原蛋白的部分 变性的一种混合多肽，其分子量为50000~60000,化学结构式为
【专利摘要】本发明公开一种高强度可降解软骨组织工程支架及其制备方法。该支架是由壳聚糖与明胶按照重量比为1：（0.01～2）复合而成，其中壳聚糖的质量百分比浓度为3﹪～6﹪，明胶的质量百分比浓度为0.03﹪～10﹪。该方法是以壳聚糖和明胶等天然生物材料为原料，采用原位沉析及冷冻干燥法，制备出力学性能优良，降解速率可控，生物相容性优异的不添加交联剂的纯天然生物材料组成的壳聚糖/明胶复合多孔支架。本发明壳聚糖/明胶复合多孔支架的降解周期可根据明胶以及壳聚糖的比例关系进行调节，提高了与新生组织的生长速率匹配的可能性。人的软骨细胞已经被实验证实能够在材料表面良好地帖附、增殖。
【IPC分类】A61L27-56, A61L31-04, A61L31-14, A61L27-26
【公开号】CN104721881
【申请号】CN201510075204
【发明人】沈志森, 崔翔, 付俊
【申请人】宁波市医疗中心李惠利医院
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月12日