一種用於心臟組織工程的納米纖維支架的製備方法
2023-05-18 18:42:31
一種用於心臟組織工程的納米纖維支架的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於心臟組織工程的納米纖維支架的製備。本發明將具有不同組成的聚癸二酸甘油酯(PGS)／明膠納米纖維支架材料利用靜電紡絲的方法製備納米纖維支架，並將其在氫氯化N,N-(3-二甲基氨丙基)-N`-乙基-碳二亞胺(EDC)和N-羥基琥珀醯亞胺(NHS)的混合溶液中交聯，得到該納米纖維支架。本發明涉及的納米纖維支架能夠提高肌小節的形成，在用於心肌細胞再生和修復的材料方面具有廣闊的前景。
【專利說明】一種用於心臟組織工程的納米纖維支架的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及心肌組織修復和再生領域，尤其涉及一種用於心臟組織工程的納米纖維支架的製備。
【背景技術】
[0002]心臟組織工程領域的一個非常重要的挑戰是能夠潛在促進心肌組織修復和再生的仿生嫁接技術的發展。很多研究都集中在通過構建一系列生物物理環境的方法來模擬心肌細胞的各向異性結構。例如，靜電紡絲技術已經被廣泛地用作一種簡單但是具有靈活多樣性的方法，來製備具有內部交聯孔結構的、高空隙率的納米纖維支架，並用來模擬心肌的結構。這樣的納米纖維支架能夠誘導細胞的排列並且增強細胞間連接處的細胞轉移並最終誘導血管組織的構建。一些方法用工程支架來模擬心肌組織結構並精確地調控心肌細胞的功能。但是，目前的技術還不能夠同時綜合心肌細胞外基質的化學、力學和結構性能。
[0003]明膠作為一種力學性能良好的蛋白質已經被廣泛用來製備用於心臟移植的支架材料。明膠很容易降解，其它種類的降解速率較慢的合成聚合物，如聚己二酸(PGA)、聚乳酸(PLA)和聚氨酯(PU)常常被用來製備心肌移植材料。但這些材料在經過長期的拉伸後很容易發生變形導致結構的變壞。
[0004]聚癸二酸甘油酯(PGS)是一種沒有毒性的可生物降解的彈性體(硬度:~
0.056-1.5MPa)，已經被廣泛用於一些組織工程領域，如神經、心臟和血管系統。例如，PGS可以被用來構建一種各向異性的類似蜂巢的微結構來支撐心肌細胞的同步跳動。然而，這種支架材料常常製備工藝非常複雜，不能夠精確地控制支架的性能，孔狀結構是隨機形成的，纖維的尺寸有限(微米尺度)，而且很容易降解。
【發明內容】
[0005]本發明涉及一種用於心臟組織工程的納米纖維支架的製備方法。將彈性體聚合物(如PGS)和具有相對較高強度的生物材料(如交聯的明膠)結合起來就具有非常好的應用前景。是一種化學和力學性能都可以調控的生物材料，可作為合適的微環境來進行心臟細胞(如心肌成纖維細胞和心肌細胞)的三維培養。
[0006]具體的製備方法如下:
[0007](1)聚癸二酸甘油酯(PGS) (Mw=1000O)的製備:癸二酸和丙三醇按照摩爾比2:1~1:2在氮氣和高真空(<50mTorr)的氛圍中150~180°C反應30~48h合成PGS。
[0008](2)具有不同組成的PGS /明膠納米纖維支架材料利用靜電紡絲的方法製備:PGS和明膠按照不同的質量比(2:1，1:2和O:1)在80% (v / v)的乙酸溶液中配成15~20%(w / V)的紡絲液，用注射泵將紡絲液注入到I~5mL的注射器中進行靜電紡絲，紡絲速度為2~4mL / h,紡絲距離10~15cm,紡絲電壓16~20kV。在製備有序納米纖維的時候用鋁箔平行電極作為接受裝置，在製備隨機排列納米纖維的時候用玻璃片作為收集材料，製備的納米纖維支架材料在真空乾燥箱中乾燥24~48h。[0009](3)交聯:將靜電紡絲的納米纖維支架浸入氫氯化N，N-(3- 二甲基氨丙基)-N' -乙基-碳二亞胺(EDC)和N-羥基琥珀醯亞胺(NHS)的混合溶液中在I~4°C下反應24~36h，在對明膠進行交聯時，EDC濃度為85mmol / L，EDC和NHS的摩爾比為4:1，然後將支架材料用磷酸緩衝液洗三次以去除多餘的交聯劑。
[0010]本發明構建了一種彈性體PGS /明膠納米纖維支架並用於心肌組織工程領域。細胞的排列和組織在受支架材料的強度影響的同時也受到其結構(有序和隨機)的影響，心肌細胞的收縮、組織和成熟受到支架材料的結構、組成和強度的影響。
[0011]在有序納米纖維支架材料上心肌細胞表現出各向異性組織的肌小節結構，並且無論是有序結構和隨機結構的支架材料，PGS的加入都能夠提高肌小節的形成。本發明表明PGS /明膠納米纖維支架是能夠用於心肌細胞再生和修復的材料。
【具體實施方式】
[0012]為了加深對本發明的理解，下面結合實施例對本發明作進一步詳述。
[0013]用於心肌組織工程領域的具有可調力學和結構性能的納米纖維支架材料的製備方法，其步驟如下:
[0014](l)PGS(Mw=10000)的製備:癸二酸和丙三醇按照摩爾比1:1的比例在氮氣和高真空(<50mTorr)的氛圍中160°C反應36h合成PGS。
[0015](2)具有不同組成的PGS /明膠納米纖維支架材料利用靜電紡絲的方法製備:PGS和明膠按照不同的質量比(2:1，1:2和O:1)在80% (v / v)的乙酸溶液中配成20%(w / V)的紡絲液。用注射泵將紡絲液注入到ImL的注射器中進行靜電紡絲，紡絲速度為2ml / h，紡絲距離10cm，紡絲電壓18kV。在製備有序納米纖維的時候用鋁箔平行電極作為接受裝置，在製備隨機排列納`米纖維的時候用玻璃片作為收集材料，有序和隨機排列的納米纖維支架材料分別命名為 A (2PGS =Gelatin), A (PGS:2Gelatin) ,A(Gelatin)和 R(2PGS:Gelatin), R(PGS:2Gelatin), R(Gelatin),製備的納米纖維支架材料在真空乾燥箱中乾燥24h。
[0016](3)交聯:將靜電紡納米纖維支架浸入氫氯化N，N-(3_ 二甲基氨丙基)-N'_乙基-碳二亞胺(EDC)和N-羥基琥珀醯亞胺(NHS)的混合溶液中在4°C下反應24h，在對明膠進行交聯時，EDC濃度為85mmol / L，EDC和NHS的摩爾比為4: 1，然後將支架材料用磷酸緩衝液洗三次以去除多餘的交聯劑。
【權利要求】
1.一種用於心臟組織工程的納米纖維支架的製備方法，具步驟如下: (1)聚癸二酸甘油酯(PGS)(Mw=1000O)的製備: 癸二酸和丙三醇按照摩爾比2:1~1:2在氮氣和真空度小於50mTorr的氛圍中150~180°C反應30~48h合成PGS ； (2)用靜電紡絲的方法製備PGS/明膠納米纖維支架材料: PGS和明膠按照不同的質量比(2:1，1:2和O:1)在80% (v / v)的乙酸溶液中配成15~20% (w / V)的紡絲液，用注射泵將紡絲液注入到I~5mL的注射器中進行靜電紡絲，紡絲速度為2~4mL / h,紡絲距離10~15cm,紡絲電壓16~20kV ;在製備有序納米纖維的時候用鋁箔平行電極作為接受裝置，在製備隨機排列納米纖維的時候用玻璃片作為收集材料，製備的納米纖維支架材料在真空乾燥箱中乾燥24~48h ； (3)交聯: 將靜電紡絲的納米纖維支架浸入氫氯化N，N- (3- 二甲基氨丙基)-N' -乙基-碳二亞胺(EDC)和N-羥基琥珀醯亞胺(NHS)的混合溶液中在I~4°C下反應24~36h ;在對明膠進行交聯時，EDC濃度為85mmol / L，EDC和NHS的摩爾比為4:1，然後將支架材料用磷酸緩衝液洗三次以去除多餘的交聯劑。
2.如權利要求1所述的納米纖維支架的製備方法，其特徵在於:步驟(1)中的反應溫度為170。。。
3.如權利要求1所述的納米纖維支架的製備方法，其特徵在於:步驟(2)中紡絲速度為 4mL / h。
4.如權利要求1所述的納米纖維支架的製備方法，其特徵在於:步驟(3)中混合溶液反應溫度為4 C。
【文檔編號】A61L27/20GK103599563SQ201310586350
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】韓志超, 許杉杉 申請人:無錫中科光遠生物材料有限公司