軟骨組織工程用生物降解型可注射的改性水凝膠支架的製作方法
2023-09-23 07:57:15
專利名稱：軟骨組織工程用生物降解型可注射的改性水凝膠支架的製作方法
技術領域：
本發明屬於生物醫學工程材料領域，特別涉及一種軟骨組織工程用生物降解型可注射的改性水凝膠支架。
背景技術：
軟骨是一種再生能力很差的組織，由於外傷等原因所導致軟骨缺損的修復是臨床醫學所面臨的難題，目前主要採用自體移植或異體移植的方法加以修復。自體移植存在供體組織少、術後易導致供區畸形和感染等缺點，而異體軟骨移植目前尚未解決軟骨細胞活性與免疫原性之間的矛盾，兩者均難以達到滿意效果。自1907年組織培養技術開創以來，以組織細胞移植修復組織缺損為解決這一難題提供了新的方法。目前應用於軟骨組織工程學研究的支架材料主要有碳纖維、聚羥基乙酸(PGA)、纖維蛋白、膠原、海藻酸鹽、合成水凝膠等。
根據臨床上軟骨缺損和畸形整復的不同需求，目前的工程化軟骨研究主要集中於兩種不同的軟骨構建方法，即可注射和特定形態軟骨。可注射性水凝膠是國際上近幾年興起的一種相對新穎的軟骨組織工程材料，提供了一類新的細胞固定機制，避免了傳統組織工程材料需要表面處理等工藝，易於修復形狀複雜而不規則的組織。它是指以可注射的生物材料作為軟骨細胞的載體，通過組織工程的方法，將軟骨細胞/載體複合物注射入機體內，形成軟骨組織，從而達到修復軟骨缺損的目的或用於外科整形。同特定成型的聚合物材料相比，可注射性材料用於軟骨缺損修復的優勢在於材料與修復組織之間嵌合連接好，塑形容易，細胞和(或)生長因子能與材料充分均勻混合，且能通過關節鏡或其它微創方式操作，治療簡單、安全、有效、費用低，不會遺留明顯的瘢痕。在細胞的體外培養研究表明，機械應力通過培養基質作用於細胞，可明顯調節不同組織細胞的生長和表型表達。相比之下，凝膠材料適合於對細胞施加壓力，因為細胞完全處於凝膠包圍中，凝膠的應變易對細胞產生應力刺激。最初的可注射軟骨是直接注射軟骨細胞懸浮液，由於缺乏三維載體支架的生長環境，只有小的軟骨結節形成，故可注射性軟骨研究的重點在於載體材料的研究。
目前用於軟骨組織工程的可注射性材料的相關專利有中國專利94193832，但此專利注重於用於軟組織的可注射植入物組合物，包括彈性蛋白、膠原和生物相容載體，和本發明所描述的材料和方法均不相同。國外專利如US6129761中概括了幾乎各類可注射材料的使用方法和範圍，為今後的各種可注射性水凝膠建立起了一個標準；如在專利WO93/17669中提到了將聚乙二醇-微乳酸基-丙烯酸的聚合物做為支架材料，利用光引發反應等等。本發明選取的材料與前人的聚合物水凝膠相比，優點在於解決了諸如凝膠時間長、凝膠溫度過高、凝膠強度低的問題，與本人前一專利「軟骨組織工程用可注射性水凝膠支架」(已申請，未公開)相比，本發明加入了共聚物改性，選用了不同的引發劑，在原有優點的基礎上進一步改進了生物相容性和降解性，提高了材料的強度和韌性，進一步縮短了凝膠時間，並且降解速度可根據不同配比調節。按照本發明製備的水凝膠支架已通過國際標準水凝膠細胞毒性的測定。
發明內容
本發明的目的是提供生物相容性良好的一種軟骨組織工程用生物降解型可注射的改性水凝膠支架，其特徵在於將水溶性氧化還原引發體系、去離子水、二種生物相容性聚合物的單體按重量比相混合；其氧化劑∶還原劑∶去離子水∶聚合物單體1∶聚合物單體2為1～120mg∶1～70mg∶1～30g∶1g∶0.1～30g配製成均勻溶液，在20℃-50℃恆溫水浴中反應1min-60min，則可得到未混懸軟骨細胞的凝膠。
所述水溶性氧化劑為過硫酸鹽、過氧化氫、氫過氧化物。
所述還原劑包括無機還原劑如NaHSO3、Na2SO3、Na2S2O3；有機還原劑如醇、胺。
所述聚合物單體1包括平均分子量300～5000的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、平均分子量300～5000的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯。
所述聚合物單體2為N-乙烯吡咯烷酮。
所述醇包括無水乙醇、丙醇、丁醇、甘油。
所述胺包括NN-甲基-N-羥乙基苯胺，NN-二甲基苯胺、NN-二乙基苯胺、NN-二乙基(鄰、間、對)甲苯胺、NN-二甲基(鄰、間、對)甲苯胺、N-乙基-N-羥乙基苯胺、N-乙基-N-羥乙基間甲苯胺、NN-二羥乙基苯胺、NN-二羥乙基(間、對)甲苯胺、N-甲基-N-苄基苯胺、N-甲基-N-羥乙基苯胺、N-甲基-N-羥乙基間甲苯胺、NN-二丙基間甲苯胺、N-丁基-N-苄基間甲苯胺、N-丁基-N-羥乙基苯胺。
本發明的有益效果為通過採用不同的反應溫度得到不同凝膠強度、凝膠速度和凝膠溫度的適合不同需求的水凝膠支架，具有下述特點和優點(1)凝膠速度快；(2)凝膠溫度恆定；(3)凝膠過程在均一水相中進行；(4)凝膠力學性能優良；(5)保水能力強；(6)良好的生物相容性；(7)降解速度可調。
具體實施例方式
本發明為一種軟骨組織工程用可注射性水凝膠支架。將水溶性氧化還原引發體系、去離子水、二種生物相容性聚合物的單體相混合，按比例氧化劑∶還原劑∶去離子水∶聚合物單體1∶聚合物單體2為1～120mg∶1～70mg∶1～30g∶1g∶0.1～30g配製成均勻溶液，在20℃-50℃恆溫水浴中反應1mim-60mim，則可得到未混懸軟骨細胞的凝膠。僅舉下面幾個實施例對本發明予以進一步說明。
實施例1取1克平均分子量為330的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)、0.125克N-乙烯吡咯烷酮(NVP)、1毫克過硫酸銨、70毫克亞硫酸鈉，1克去離子水，於燒杯中配製溶液，然後在50℃恆溫水浴中反應15min，則可得到未混懸軟骨細胞的凝膠。
實施例2取1克平均分子量為550的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)、2克N-乙烯吡咯烷酮(NVP)、8毫克過硫酸鉀、4毫克亞硫酸氫鈉，2克去離子水，於燒杯中配製溶液，然後在40℃恆溫水浴中反應30min，則可得到未混懸軟骨細胞的凝膠。
實施例3取1克平均分子量為875的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)、8克N-乙烯吡咯烷酮(NVP)、30毫克過硫酸銨、10毫升無水乙醇，10克去離子水，於燒杯中配製溶液，然後在30℃恆溫水浴中反應45min，則可得到未混懸軟骨細胞的凝膠。
實施例4取1克平均分子量為1500的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)、15克N-乙烯吡咯烷酮(NVP)、50毫克過硫酸鉀、5微升N，N-甲基-N-羥乙基苯胺，15克去離子水，於燒杯中配製溶液，然後在20℃恆溫水浴中反應60min，則可得到未混懸軟骨細胞的凝膠。
實施例5取1克平均分子量為2000的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)、20克N-乙烯吡咯烷酮(NVP)、10毫升過氧化氫、50毫克甘油，20克去離子水，於燒杯中配製溶液，然後在5℃恆溫水浴中反應15min，則可得到未混懸軟骨細胞的凝膠。
實施例6取1克平均分子量為2500的二丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDA)、25克N-乙烯吡咯烷酮(NVP)、90毫克過硫酸銨鉀、5毫克硫代亞硫酸鈉，15克去離子水，於燒杯中配製溶液，然後在40℃恆溫水浴中反應45min，則可得到未混懸軟骨細胞的凝膠。
從上面僅舉的六個實施例中可以得到同樣的未混懸軟骨細胞的凝膠，由此所舉其他材料的效果是顯而易見，屬於本發明保護範圍之內。
權利要求
1.一種軟骨組織工程用生物降解型可注射的改性水凝膠支架，其特徵在於將水溶性氧化還原引發體系、去離子水、二種生物相容性聚合物的單體按重量比相混合；其氧化劑∶還原劑∶去離子水∶聚合物單體1∶聚合物單體2為1～120mg∶1～70mg∶1～30g∶1g∶0.1～30g配製成均勻溶液，在20℃-50℃恆溫水浴中反應1min-60min，則可得到未混懸軟骨細胞的凝膠。
2.根據權利要求1所述軟骨組織工程用生物降解型可注射的改性水凝膠支架，其特徵在於所述還原劑包括無機還原劑為NaHSO3、Na2SO3和Na2S2O3；有機還原劑如醇和胺。
3.根據權利要求1所述軟骨組織工程用生物降解型可注射的改性水凝膠支架，其特徵在於所述聚合物單體1包括平均分子量300～5000的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯和平均分子量300～5000的二丙烯酸聚乙二醇酯。
4.根據權利要求1所述軟骨組織工程用生物降解型可注射的改性水凝膠支架，其特徵在於所述聚合物單體2為N-乙烯吡咯烷酮。
5.根據權利要求2所述軟骨組織工程用生物降解型可注射的改性水凝膠支架，其特徵在於所述醇包括無水乙醇、丙醇、丁醇和甘油。
6.根據權利要求2所述軟骨組織工程用生物降解型可注射的改性水凝膠支架，其特徵在於所述胺包括NN-甲基-N-羥乙基苯胺，NN-二甲基苯胺、NN-二乙基苯胺、NN-二乙基(鄰、間、對)甲苯胺、NN-二甲基(鄰、間、對)甲苯胺、N-乙基-N-羥乙基苯胺、N-乙基-N-羥乙基間甲苯胺、NN-二羥乙基苯胺、NN-二羥乙基(間、對)甲苯胺、N-甲基-N-苄基苯胺、N-甲基-N-羥乙基苯胺、N-甲基-N-羥乙基間甲苯胺、NN-二丙基間甲苯胺、N-丁基-N-苄基間甲苯胺和N-丁基-N-羥乙基苯胺。
全文摘要
本發明公開了屬於生物醫學工程材料領域的一種軟骨組織工程用可注射的改性水凝膠支架。是將水溶性氧化、還原引發體系、去離子水、二種生物相容性聚合物的單體按重量比相混合配製成均勻溶液，在恆溫水浴中反應，則可得到可用於軟骨組織工程的可注射性水凝膠。提供了具有凝膠速度快、凝膠溫度恆定、成形後凝膠強度大、保水能力極強、降解速度快又具有良好生物相容性的可用於軟骨組織工程的可注射性水凝膠支架。應用前景非常廣闊。
文檔編號A61L27/00GK1539385SQ200310103410
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月31日 優先權日2003年10月31日
發明者胡平, 許波, 胡 平 申請人:清華大學