製備具有形狀記憶功能的多孔支架的方法
2023-07-30 11:43:11 1
專利名稱：製備具有形狀記憶功能的多孔支架的方法
技術領域：
本發明涉及生物材料及功能高分子，特別是將組織工程與藥物緩釋功能和支架的形狀記憶功能相結合，旨在達到微創植入，促進骨組織長入的生物醫學材料製造領域。
背景技術：
脂肪族聚酯，如聚乳酸(PLA)、聚羥基丁酸酯(PHB)及聚己內酯(PCL)等，其結構中均含有酯鍵，使得它們能夠被自然界中的微生物分解，因而都具有良好的生物降解性能。其中，PCL因其具有優異的力學性能、加工特性及形狀記憶性能，已成為近年來研究開發的熱點，其在臨床上被大量應用於生物醫學工程領域，如骨組織固定裝置、手術縫合線、組織工程支架及藥物控釋體系等，被認為是具有很大發展潛力的生物可降解形狀記憶聚合物。但PCL也有一些性能上的缺陷。其熔點約為60°C左右，耐熱性能及機械加工性能均不佳，且其形狀記憶性能只有約20%，而形變回復溫度則達到40°C以上(高於37°C的人體正常體溫)，這些缺陷在很大程度上限制了 PCL作為臨床植入材料的應用。因此，本實驗中我們通過引入交聯劑及增塑劑對其不足之處進行改善。聚己內酯是一種結晶性聚合物，對其進行交聯的方法主要有兩種，即引入過氧化物或對其進行輻射交聯。但是，目前的一些研究報導指出，PCL的輻射交聯效率是比較低的，在交聯的同時，裂解也在進行，且佔據了主導地位。當輻射劑量較高時，還會引起PCL的拉伸強度及斷裂伸長率下降。組織工程支架是組織工程的重要組成部分，良好的支架材料是具有一定穩定性的三維支架，例如長方體、立方體、圓柱體等，以便於植入體內後形成一個較固定的新生組織生長空間，但臨床上很多骨缺損均為非規則性缺損，形狀固定的材料難以完整修復缺損空間。同時隨著醫療科技的飛速發展，良好的骨組織工程材料應最大限度地減少材料對機體的長期影響，大多患者希望植入物在體內只是起到暫時替代作用，隨著自身骨組織的再生，植入材料逐漸降解吸收。而不同類型和部位的骨缺損要求材料還應具有良好的機械性能，易於加工成型，可改變成易於植入人體的各種形狀，植入人體後，在人體溫度下恢復成治療需要的形狀。基於這些要求，可降解的形狀記憶材料(Shape-Memory Polymers, SMP)以其靈活的可變型性，可適應不同形狀的骨缺損，為組織工程修復骨缺損提供一種新的研究方向。
發明內容
鑑於現有技術的不足，本發明的目的是研究提供一種上述具有形狀記憶功能的組織工程多孔支架，用以替代及修復非承重部位骨組織如頜面骨的損傷。本發明的目的是通過如下的手段實現的。製備具有形狀記憶功能的多孔支架的方法，包括以下步驟I)多孔支架的製備用過氧化苯甲醯BPO為交聯引發劑，丙烯醇為增塑劑，對支架基體材料，聚己內酯基體材料PCL進行改性處理以重量百分比PCL =BPO :丙烯醇=10 :1.3:5混合，溶劑CH2Cl2用量IOmL/克PCL加入其中，完全溶解後，取12g蔗糖顆粒/克PCL加入磁力攪拌，待其混合均勻後，混合物倒入培養皿中，將培養皿待溶劑完全揮發後，將所得乾燥的聚合物膜粉碎，放入熱壓機內進行熱壓，壓力控制為4噸，溫度升至80°C，控制壓力不變熱壓10分鐘，再將溫度升至130°C，熱壓20分鐘後，將成型的支架取出，入蒸餾水中浸泡，脫出蔗糖，成為多孔支架；2)活性藥物載入將I)所得製備的多孔支架浸泡在含有活性藥物的海藻酸鈉溶液中，浸泡8小時，然後取出支架進行冷凍乾燥，最後將乾燥的支架放入IOOmLO. 5g/100mL的CaCl2溶液中反應5分鐘，取出並對其進行乾燥，即可得載入活性藥物的多孔支架。使用時，使該支架在45°C下變形，(TC冷凍塑形，通過微創手術植入人體後可在體內溫度環境下(37°C )或在體外施加一定溫度(40°C )逐漸回復支架固有的孔隙度及孔徑大小的固有形態，從而為組織生長提供支架環境，再通過海藻酸鈣凝膠層中的藥物緩釋，促進組織生長和癒合。本發明通過引入交聯劑及增塑劑對聚己內酯基體材料PCL不足之處進行改善，以製備用於修復口腔頜面部等非承重部位骨組織因腫瘤、外傷等造成骨缺損的可降解形狀記憶聚合物多孔支架材料。通過合成熱致型可降解的形狀記憶聚合物材料聚己內酯及其與羥基磷灰石的複合材料，應用於骨組織工程，以期獲得一種具有熱致形狀記憶、生物相容性好、可生物降解吸收的骨組織工程生物材料。經過化學交聯的聚己內酯雖然也具有良好的熱致形狀記憶性能，但卻無法滿足組織工程支架多孔結構的要求，即應具有適宜的孔徑尺寸，較高的孔隙率以及相互貫通的孔的形態，從而利於大量細胞的種植，使細胞和組織能夠正常生長，細胞外基質的形成、營養及氧氣的輸運、神經和血管的內長入及代謝物的排洩均能有條不紊的進行。因此在本發明中，我們還在交聯聚己內酯及其與羥基磷灰石的複合材料的基礎上通過致孔劑的加入賦予材料多孔結構。為了更好地促進骨組織生長，我們在多孔結構內壁吸附一層裝載藥物的海藻酸鈣凝膠層，通過緩釋藥物，促進了組織生長和癒合。本發明製備方法還具有成本低廉，操作簡單易行等優點。
具體實施例方式本發明具有形狀記憶功能的多孔支架的製備方法。可分為兩步第一步多孔支架的製備將交聯引發劑(ΒΡ0，增塑劑(丙烯醇)和不同粒徑大小的造孔劑(蔗糖)，以一定比例與PCL共混後，通過控制熱壓機溫度及壓力，使其在80°C熔化混勻，在130°C反應完全，即得到改性後的PCL。再將得到的PCL放置於蒸餾水中浸泡，將其中的造孔劑(蔗糖)溶出，就得到了多孔支架。同時為了更好地促進骨組織生長，還可以在高分子基體中添加一定比例的納米羥基磷灰石顆粒，就可製備多孔複合材料支架。第二步裝載藥物的海藻酸鈣凝膠多孔支架的製備將第一步所得多孔支架放入加有藥物的海藻酸鈉溶液中浸泡，讓海藻酸鈉溶液吸附於多孔支架內壁，再通過冷凍乾燥使海藻酸鈉貼附在支架的孔壁上；最後將其與CaC12溶液反應將藥物固定在海藻酸鈣凝膠層，從而實現藥物緩釋功能。下面結合實施例對本發明的作進一步的詳述。實施例I載藥的形狀記憶功能組織工程多孔支架的製備方法可分成兩步第一步多孔支架的製備稱取lOgPCL，I. 3g BP0，5. Og丙烯醇，將其混合置於燒杯中，量取IOOmLCH2Cl2溶劑加入其中，用磁力攪拌器加速其溶解；待燒杯中的物質完全溶解後，稱取120g蔗糖顆粒加入燒杯中，磁力攪拌，待其混合均勻後，將燒杯中的混合物倒入培養皿中，將培養皿置於通風櫥內，使溶劑CH2Cl2完全揮發。待溶劑完全揮發後，將所得乾燥的聚合物膜粉碎，放入熱壓機內進行熱壓，壓力控制為4噸，溫度升至80°C，控制壓力不變熱壓10分鐘，再將溫度升至130°C，熱壓20分鐘後，將材料取出。再將材料置於燒杯中，向其中加入足夠多的二次蒸餾水(可將材料浸沒)，將其中的造孔劑(蔗糖)溶出，每隔30分鐘換一次水，直至將蔗糖全部溶出，即得到多孔支架。第二步裝載藥物的海藻酸鈣凝膠多孔支架的製備將第一步製備的多孔支架浸泡在50mL含有100微克/mL的地塞米松藥物的海藻酸鈉溶液中(濃度O. 75% )，浸泡8小時,然後取出支架進行冷凍乾燥,最後將乾燥的支架放入IOOmL O. 5g/100mL的CaC12溶液中反應5分鐘，取出並對其進行乾燥，即可得載入地塞米松藥物的多孔支架樣品。實施例2本例與實施例I基本相同，所不同之處在於在第一步多孔支架的製備中多添加10%含量的200納米大小的羥基磷灰石顆粒，所得為複合材料多孔支架。實施例3本例與實施例I基本相同，所不同之處在於載入的藥物為100納克/mL的骨成型蛋白(BMP)。實施例4本例與實施例I基本相同，所不同之處在於載入的藥物為100納克/mL的表皮生長因子類藥物。實施例5本例與實施例I基本相同，所不同之處在於載入的藥物為100納克/mL血小板類生長因子。因子。
實施例6
本例與實施例一基本相同，所不同之處在於載入的藥物為100納克/mL神經生長
實施例7
本例與實施例I基本相同，所不同之處在於載入的藥物為100納克/mL成纖維細胞生長因子。實施例8與實施例I基本相同，所不同之處在於載入的藥物為100納克/mL成纖維細胞生長因子和100納克/mL的骨成型蛋白(BMP)兩種藥物。
實施例9與實施例I基本相同，所不同之處在於載入的藥物為100納克/mL神經生長因子、白細胞介素類生長因子和100納克/mL的骨成型蛋白(BMP)三種藥物。本發明所述的載藥的形狀記憶功能組織工程多孔支架的製備方法，上述針對較佳實施例的描述過於具體，本領域的普通技術人員將會意識到，這裡所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為發明的保護範圍並不局限於這樣的特別陳述和實施例。凡是根據上述描述做出各種可能的等同替換或改變，均被認為屬於本發明的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.製備具有形狀記憶功能的多孔支架的方法，包括以下步驟1)多孔支架的製備用過氧化苯甲醯BPO為交聯引發劑，丙烯醇為增塑劑，對支架基體材料，聚己內酯基體材料PCL進行改性處理以重量百分比PCL =BPO :丙烯醇=10 :1. 3 :5混合，溶劑CH2Cl2用量IOmL/克PCL加入其中，完全溶解後，取12g蔗糖顆粒/克PCL加入磁力攪拌，待其混合均勻後，混合物倒入培養皿中，將培養皿待溶劑完全揮發後，將所得乾燥的聚合物膜粉碎，放入熱壓機內進行熱壓，壓力控制為4噸，溫度升至80°C，控制壓力不變熱壓10分鐘，再將溫度升至130°C，熱壓20分鐘後，將成型的支架取出，入蒸餾水中浸泡，脫出蔗糖，成為多孔支架；2)活性藥物載入將I)所得製備的多孔支架浸泡在含有活性藥物的海藻酸鈉溶液中，浸泡8小時，然後取出支架進行冷凍乾燥，最後將乾燥的支架放入IOOmLO. 5g/100mL的CaCl2溶液中反應5分鐘，取出並對其進行乾燥，即可得載入活性藥物的多孔支架。
2.根據權利要求I所述之製備具有形狀記憶功能的多孔支架的方法，其特徵在於，多孔支架的製備中的混合物中加入10%重量含量的200納米大小的羥基磷灰石顆粒。
3.根據權利要求I或2所述之製備具有形狀記憶功能的多孔支架的方法，其特徵在於所述活性藥物可為以下物質之一地塞米松、骨成型蛋白BMP、表皮生長因子類藥物、神經生長因子、成纖維細胞生長因子。
4.根據權利要求3所述之製備具有形狀記憶功能的多孔支架的方法，其特徵在於，所述活性藥物為等重量的成纖維細胞生長因子和骨成型蛋白BMP。
5.根據權利要求3所述之製備具有形狀記憶功能的多孔支架的方法，其特徵在於，所述活性藥物為等重量的神經生長因子、白細胞介素類生長因子和骨成型蛋白BMP。
全文摘要
本發明涉及一種製備具有形狀記憶功能的多孔支架的方法，將組織工程多孔支架與藥物緩釋功能和支架的形狀記憶功能有效結合在一起。先對支架基體材料聚己內酯PCL進行改性處理，製成具有化學交聯結構的c-PCL後將不同粒徑的造孔劑蔗糖按照一定的質量比加入到上步驟所得的聚合物材料中，經熱壓處理後，得多孔支架材料；再以海藻酸鈉作為藥物載體，所得支架材料載入不同藥物，實現其藥物緩釋功能。經試驗證明本發明所提供的製備方法能有效的降低聚合物支架材料的形狀記憶恢復溫度，所得支架具有良好的形狀記憶性、生物相容性及可生物降解性。本發明還具有製備成本低廉，操作簡單易行的優點。
文檔編號A61L27/12GK102921038SQ20121027583
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者周紹兵, 龔韜, 趙坤, 劉顯, 李文兵 申請人:西南交通大學