一种复合电纺组织工程支架材料的制备方法、工程支架材料及其应用与流程

本发明涉及医用生物材料领域，更具体地，本发明涉及一种复合电纺组织工程支架材料的制备方法、工程支架材料及其应用。

背景技术：

聚羟基脂肪酸酯(pha)是一种线性饱和聚酯，其纤维废弃物可被自然环境完全吸收，具有良好的生物降解性和生物相容性，而聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯(p34hb)是pha家族中最新一代生物可降解材料。基于静电纺丝技术制备的纤维支架，具有与天然细胞外基质(ecm)相似的纤维结构，因而被广泛应用于细胞增殖培养、药物输送、生物传感器等领域。随着组织工程学研究的深入，静电纺丝技术不断发展，涌现出不同的纺丝工艺与方法，所制造出的纤维支架有着截然不同的性能，能够满足多种组织需要。然而，现有纤维支架制备材料多为pla、pcl等可吸收人工合成高分子材料，其机械性能较差，结构容易遭外力破坏，并且降解速度过快，降解产物对细胞、组织有一定的损害，这些都限制了它们在细胞支架、组织修复中的应用。此外，现有的纤维支架在体内还存在粘连及相关并发症的问题。

技术实现要素：

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种复合电纺组织工程支架材料的制备方法，通过所述制备方法制备出的复合电纺组织工程支架材料具有优异的力学性能和生物相容性以及适当的降解速度，其降解周期长达9-12个月，植入组织后可以提供持久、稳固的骨架结构支撑，且其降解产物为组织内天然能量来源，对人体无害，所述复合电纺组织工程支架材料还载有抗肿瘤药物，通过所述制备方法合成的复合电纺组织工程支架材料所载有的药物不经过胃肠道、肝脏，而直接作用于肿瘤部位，能够大大提高其生物利用度，减少全身的毒副作用。

本发明的另一目的在于提供一种复合电纺组织工程支架材料。

本发明的另一目的在于提供所述复合电纺组织工程支架材料的应用。

本发明采取的技术方案如下：

一种复合电纺组织工程支架材料的制备方法，包括如下步骤：

s1、聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸电纺丝纤维溶液的制备：将聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)共聚物粉末溶于二氯甲烷和二甲基甲酰胺的复合溶剂中，均匀搅拌，随后加入左旋聚乳酸，磁力搅拌器搅拌溶解1～3小时，温度为55～65℃，其中，聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)与左旋聚乳酸两者之间的质量配比为1：(0.8～1.2)；

s2、载表柔比星的聚羟基脂肪酸酯/左旋聚乳酸复合电纺丝纤维混合溶液的制备：称取表柔比星加入步骤s1所得的聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸电纺丝纤维溶液中，继续磁力搅拌至表柔比星完全溶解，其中表柔比星与聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯的质量比为(0.8～1.2):8；

s3、将步骤s2所得的载表柔比星的聚羟基脂肪酸酯/左旋聚乳酸复合电纺丝纤维混合溶液加入到注射器中，注射器用针头喷嘴固定，在20～60℃下设置针头与接收器之间距离为12～18cm，电压为5～30千伏，注射器推进速度为0.1～12.0毫升/小时，通过乙醇溶液收集电纺丝，随后，将获得的电纺丝用去离子水洗涤，冷冻干燥8～12h后即获得复合电纺组织工程支架材料。

本发明采用聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)共聚物与左旋聚乳酸混合材料通过静电纺丝技术制备了电纺丝纤维，并通过混合电纺将表柔比星一并纺到p34hb/plla纤维支架内，制备得到载表柔比星的p34hb/plla复合电纺丝纤维，其中，p34hb是生物基完全可降解材料，具有良好的生物相容性，降解周期长达9-12个月，降解产物为组织内天然能量来源，其物理性能更是能媲美不可吸收高分子材料，植入组织后提供持久、稳固的骨架结构支撑；表柔比星是肿瘤治疗中常用的抗肿瘤化疗药物，在临床中被广泛应用，其有效性已得到充分验证，然而全身化疗带来的全身毒副作用反应较大，而本发明所述的制备方法通过静电纺丝技术将表柔比星纺入聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸复合电纺丝纤维，改变了传统表柔比星的给药方式，使其不经过胃肠道、肝脏，而直接作用于肿瘤部位，将大大提高其生物利用度，减少全身的毒副作用，避免了胃肠道、肝脏的药物反应。本发明所述制备方法制备得到的复合电纺组织工程支架材料既具有良好的力学性能和生物相容性，又具有适当的降解速度，还就有抗肿瘤特性，在肿瘤治疗的生物医学领域具有广泛的应用前景。

优选地，步骤s1中所述聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)与左旋聚乳酸两者之间的质量配比为1:1。

优选地，步骤s2中表柔比星与聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯的质量比为1:8。

优选地，步骤s1中所述复合溶剂为二氯甲烷和二甲基甲酰胺按体积比8:2～0.5:9.5配制而成的复合溶剂。更优选地，所述复合溶剂为二氯甲烷和二甲基甲酰胺按体积比6:4～1.5:8.5配制而成的复合溶剂。

优选地，所述聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯共聚物粉末为医用级粉末，纯度大于99.5％。

优选地，步骤s3中所述注射器为1ml注射器，注射器针头与接收器之间距离为15cm。

优选地，步骤s3中获得的电纺丝用去离子水洗涤3～5次。

由所述的制备方法制备得到的复合电纺组织工程支架材料。本发明所述的电纺丝膜是新一代可降解pha/plla复合电纺丝纤维，具有良好的力学性能、生物相容性，加载化疗药物后，药物直接作用于肿瘤部位，在肿瘤防治的生物医学领域具有广泛的应用前景。

所述的复合电纺组织工程支架材料在细胞支架、组织修复医学领域的应用。本发明所述的复合电纺组织工程支架材料具有良好的力学性能、生物相容性，并可直接作用于肿瘤部位，可应用于细胞支架、组织修复等医学领域，在这些生物医学领域具有广泛的应用前景。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明所述制备方法所获得的聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸复合电纺丝纤维肉眼观为超薄丝状结构，微观结构为与细胞外基质相似的纤维结构，有助于细胞增殖长入，以促进组织修复再生；本发明制备得到的载表柔比星的p34hb/plla复合电纺丝纤维，其既具有良好的力学性能和生物相容性，又具有适当的降解速度，其降解周期长达9-12个月，植入组织后可以提供持久、稳固的骨架结构支撑，且由于所述制备方法是将在表柔比星纺到纤维中，在降解的过程中，纤维内的表柔比星可以不断释放出来，改变了表柔比星的给药方式，使其不经过胃肠道、肝脏，而直接作用于肿瘤部位，避免了胃肠道、肝脏的药物反应，将大大提高其生物利用度，减少全身的毒副作用；发明所述的载表柔比星的聚羟基脂肪酸酯/聚多巴胺复合电纺丝纤维因具有良好的力学性能、生物相容性和抗肿瘤特性，在肿瘤治疗的生物医学领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明对比例1p34hb/plla电纺丝纤维膜实物外观图。

图2为本发明对比例1p34hb/plla电纺丝纤维膜扫描电镜图。

图3为本发明实施例1载表柔比星的p34hb/plla电纺丝纤维膜实物外观图。

图4为本发明实施例1载表柔比星的p34hb/plla电纺丝纤维膜扫描电镜图。

图5为本发明实施例1p34hb/plla电纺丝纤维膜与载表柔比星的p34hb/plla电纺丝纤维膜的肿瘤细胞增殖抑制情况对比图。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

一种复合电纺组织工程支架材料的制备方法，包括如下步骤：

s1、聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸电纺丝纤维的制备：分别称取40mg医用级p34hb粉末(纯度大于99.5％)，40mg医用级左旋聚乳酸粉末溶于1000ml二氯甲烷和二甲基甲酰胺(dmf)的复合溶剂中(二氯甲烷和二甲基甲酰胺的体积比为3:7)，磁力搅拌器搅拌溶解2小时，温度为60℃，均匀搅拌，配成p34hb/plla溶液。

s2、载表柔比星的聚羟基脂肪酸酯/左旋聚乳酸复合电纺丝纤维混合溶液的制备：称取5mg表柔比星加入步骤s1所得的聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸电纺丝纤维溶液中，继续磁力搅拌至表柔比星完全溶解。

s3、将步骤s2所得的载表柔比星的聚羟基脂肪酸酯/左旋聚乳酸复合电纺丝纤维混合溶液加入到1ml注射器中，注射器用针头喷嘴固定，在室温20℃、湿度45％的条件下，设置针头与接收器之间距离为15cm，电压为15千伏，注射器推进速度为3毫升/小时，通过乙醇溶液收集电纺丝。随后，将获得的电纺丝纤维用去离子水洗涤5次，冷冻干燥过夜后热压成膜即获得成品复合电纺组织工程支架材料载表柔比星的p34hb/plla电纺丝纤维膜。

实施例2

一种复合电纺组织工程支架材料的制备方法，包括如下步骤：

s1、聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸电纺丝纤维的制备：分别称取40mg医用级p34hb粉末(纯度大于99.5％)，32mg医用级左旋聚乳酸粉末溶于1000ml二氯甲烷和二甲基甲酰胺(dmf)的复合溶剂中(二氯甲烷和二甲基甲酰胺的体积比为6:4)，磁力搅拌器搅拌溶解2小时，温度为60℃，均匀搅拌，配成p34hb/plla溶液。

s2、载表柔比星的聚羟基脂肪酸酯/左旋聚乳酸复合电纺丝纤维混合溶液的制备：称取4mg表柔比星加入步骤s1所得的聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸电纺丝纤维溶液中，继续磁力搅拌至表柔比星完全溶解。

s3、将步骤s2所得的载表柔比星的聚羟基脂肪酸酯/左旋聚乳酸复合电纺丝纤维混合溶液加入到1ml注射器中，注射器用针头喷嘴固定，在室温25℃、湿度45％的条件下，设置针头与接收器之间距离为12cm，电压为10千伏，注射器推进速度为2毫升/小时，通过乙醇溶液收集电纺丝。随后，将获得的电纺丝纤维用去离子水洗涤3次，冷冻干燥过夜后热压成膜即获得成品复合电纺组织工程支架材料载表柔比星的p34hb/plla电纺丝纤维膜。

实施例3

一种复合电纺组织工程支架材料的制备方法，包括如下步骤：

s1、聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸电纺丝纤维的制备：分别称取40mg医用级p34hb粉末(纯度大于99.5％)，48mg医用级左旋聚乳酸粉末溶于1000ml二氯甲烷和二甲基甲酰胺(dmf)的复合溶剂中(二氯甲烷和二甲基甲酰胺的体积比为2:8)，磁力搅拌器搅拌溶解2小时，温度为60℃，均匀搅拌，配成p34hb/plla溶液。

s2、载表柔比星的聚羟基脂肪酸酯/左旋聚乳酸复合电纺丝纤维混合溶液的制备：称取6mg表柔比星加入步骤s1所得的聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸电纺丝纤维溶液中，继续磁力搅拌至表柔比星完全溶解。

s3、将步骤s2所得的载表柔比星的聚羟基脂肪酸酯/左旋聚乳酸复合电纺丝纤维混合溶液加入到1ml注射器中，注射器用针头喷嘴固定，在室温20℃、湿度45％的条件下，设置针头与接收器之间距离为18cm，电压为20千伏，注射器推进速度为5毫升/小时，通过乙醇溶液收集电纺丝。随后，将获得的电纺丝纤维用去离子水洗涤5次，冷冻干燥过夜后热压成膜即获得成品复合电纺组织工程支架材料载表柔比星的p34hb/plla电纺丝纤维膜。

对比例1

一种聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸电纺丝纤维膜，其制备过程如下：

s1、聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)/左旋聚乳酸电纺丝纤维的制备：分别称取40mg医用级p34hb粉末(纯度大于99.5％)，40mg医用级左旋聚乳酸粉末溶于1000ml二氯甲烷和二甲基甲酰胺(dmf)的复合溶剂中(二氯甲烷和二甲基甲酰胺的体积比为3:7)，磁力搅拌器搅拌溶解2小时，温度为60℃，均匀搅拌，配成p34hb/plla溶液。

s2、将步骤s1所得的p34hb/plla溶液加入1ml注射器中，注射器用针头喷嘴固定，在室温20℃、湿度45％的条件下，设置针头与接收器之间距离为15cm，电压为15千伏，注射器推进速度为3毫升/小时，通过乙醇溶液收集电纺丝。随后，将获得的电纺丝纤维用去离子水洗涤5次，冷冻干燥过夜后热压成膜即获得成品p34hb/plla电纺丝纤维膜。

为考察是否成功制备出了载表柔比星的p34hb/plla复合电纺丝纤维膜，对实施例1至实施例3和对比例1制备的电纺丝纤维膜进行了实物外观观测和sem测试。经观测和测试，实施例1至实施例3所制备的复合电纺组织工程支架材料载表柔比星的p34hb/plla电纺丝纤维膜外观为淡粉红色，而对比例1所制备的电纺丝纤维膜外观为白色。实施例1至实施例3的sem图显示纤维表面均较为粗糙，而对比例1的sem图显示纤维表面较为光滑。如图1所述为对比例1所制备的p34hb/plla电纺丝纤维膜外观图，图2所示为对比例1所制备的p34hb/plla电纺丝纤维膜扫描电镜图，图3所示为实施例1所制备的复合电纺组织工程支架材料p34hb/plla电纺丝纤维膜外观图，图4所示为实施例1所制备的复合电纺组织工程支架材料载表柔比星的p34hb/plla电纺丝纤维膜电镜扫描图。观察外观图，对比图1和图3可知，实施例1所制备的载表柔比星的p34hb/plla复合电纺丝纤维膜相比于对比例1空载的p34hb/plla复合电纺丝纤维膜颜色发生改变，由白色变成淡粉红色。对比扫描电镜测试出来的sem图，即对比图2和图4可知，相对于空载的p34hb/plla复合电纺丝纤维的sem图，载表柔比星的p34hb/plla复合电纺丝纤维的sem图中，纤维表面较为粗糙。上述结果表明本发明实施例1至实施例3所制备的p34hb/plla复合电纺丝纤维结构中成功加载了表柔比星。载表柔比星的p34hb/plla复合电纺丝纤维膜肉眼观为超薄膜状结构，微观结构为与细胞外基质相似的纤维结构，有助于细胞增殖长入，可以促进组织修复再生。

为考察实施例所述复合电纺组织工程支架材料载表柔比星的p34hb/plla电纺丝纤维膜的生物安全性和抗肿瘤效果，还进行了如下实验：取对比例1所述制备方法所得的空载的p34hb/plla复合电纺丝纤维膜、实施例1所述制备方法所得的载表柔比星的p34hb/plla复合电纺丝纤维膜经环氧乙烷灭菌，通过cck-8细胞毒方法评估两种类型的电纺丝膜在不同时间点(1天，3天，5天)对肿瘤细胞增殖的影响。将上述两种类型电纺丝膜裁剪合适置于96孔板孔底，使用细胞培养基预培养过夜，常规培养mgh-u3细胞，调整细胞密度至5×10⁴/ml加入每孔中孵育，待单层细胞铺满材料表面后，在不同时间点分别加入10ulcck-8试剂共孵育4h。随后，将上清液移入新的96孔板中，并通过酶标仪在480nm下测试溶液吸光度值。通过测试结果可知，空载p34hb/plla复合电纺丝膜组(pha+plla)与细胞空白组相近，而载表柔比星的p34hb/plla复合电纺丝纤维膜组(pha+epi+plla)与细胞凋亡组相近，表明p34hb/plla复合电纺丝膜对于细胞增殖几乎没有影响，同时，载有表柔比星的p34hb/plla复合电纺丝纤维膜可以很好的抑制肿瘤生长，证明了实施例所得的载有表柔比星的p34hb/plla复合电纺丝纤维膜具有更优的抑制肿瘤性，其材料本身生物安全性良好。如图5为实施例1和对比例1电纺丝膜的细胞增殖柱状对比图，从图5可知，p34hb/plla电纺丝纤维膜的细胞相容性、生物相容性优异，而载表柔比星的p34hb/plla电纺丝纤维膜的抑制肿瘤细胞生长能力良好，表明本发明所述的复合电纺组织工程支架材料载表柔比星的聚羟基脂肪酸酯/左旋聚乳酸复合电纺丝纤维膜能够用于抗肿瘤治疗等，具有广泛的医用价值。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。