一種交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法
2023-06-05 06:07:21
專利名稱：一種交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法
技術領域：
本發明涉及生物材料技術，尤其是一種原材料價廉易得、工藝簡單、生物降解性能 較好的交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法。
背景技術：
近年來，器官移植已經從自體、同種異體和異種異體移植髮展到組織工程器 官移植。在美國，已經用膠原和糖胺多糖構建了皮膚取代物Integra(Life Science), Dermograft (Advanced Tissue Science)禾口 Apligraft (Organogenesis),這些商品化組織 工程皮膚已經被美國食品與藥品管理局(FDA)批准。國內至今未見組織工程皮膚產品面 世，但有關於膠原(或明膠)複合殼聚糖(或其它糖胺多糖)組織工程皮膚支架的研究報 道。專利《交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法》(200810068361.4)提供了用脫水 劑碳化二亞胺對羧甲基甲殼素進行脫水交聯製備交聯羧甲基甲殼素支架的方法，此方法用 碳化二亞胺在異相條件下對羧甲基甲殼素支架表面的羧基和羥基進行脫水交聯。而本發明 所提供的方法直接使用水溶性碳化二亞胺，對羧甲基甲殼素的羧基和胺基在均相條件下脫 水交聯製備交聯羧甲基甲殼素支架，目前未見有用碳化二亞胺脫水將具有部分脫乙醯度的 羧甲基甲殼素溶液交聯凝膠化的研究報導。目前市售的天然生物高分子材料甲殼素分離自蝦蟹殼，來源豐富。甲殼素相對其 它糖胺多糖，如透明質酸、硫酸軟骨素等價格更低廉。甲殼素及其衍生物具有非常好的生物 相容性、生物可降解性、抗菌消炎等特性，目前已經廣泛應用於生物醫學領域。殼聚糖材料表面正電荷密度太高，所以目前國內外的研究思路(姚康德等.應用 化學，2004，21(3) 217)是將膠原、明膠或海藻酸類聚陰離子與殼聚糖複合，形成聚電解質 配合物，可以屏蔽殼聚糖過高的正電荷密度，促進成纖維細胞儘快進入DNA合成期，抑制材 料觸發的細胞凋亡，利於細胞遷移和增殖。但這樣得到的組織工程支架成本高，工藝複雜。甲殼素及其衍生物的體內降解速度主要由其分子鏈上乙醯基含量控制，脫乙醯度 越低，甲殼素衍生物降解速度越快，高脫乙醯度的殼聚糖體內降解速度很慢。因此可以通過 控制甲殼素的脫乙醯度調控甲殼素體內降解速度。直接利用羧甲基甲殼素為原料交聯製備 的羧甲基甲殼素支架生物降解性能優異。
發明內容
本發明針對現有技術的不足旨在提供一種直接使用水溶性碳化二亞胺對羧甲基 甲殼素的羧基和胺基在均相條件下脫水交聯製備交聯羧甲基甲殼素凝膠，再用冷凍乾燥技 術製備交聯羧甲基甲殼素支架的方法。本發明是通過以下技術方案實現的一種交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備 方法，將羧甲基甲殼素溶液用水溶性碳化二亞胺脫水交聯後製備水凝膠，再通過冷凍乾燥 方法製備交聯羧甲基甲殼素多孔支架。下面對以上技術方案作進一步闡述
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所述交聯羧甲基甲殼素支架這樣得到將羧甲基甲殼素溶於水，加脫水劑、緩衝劑 和催化劑使羧甲基甲殼素交聯凝膠化，將凝膠冷凍乾燥後得交聯羧甲基甲殼素支架。所述交聯羧甲基甲殼素支架這樣得到將羧甲基甲殼素配製成0. 1%"50% (W/W) 的水溶液，加緩衝劑、催化劑攪拌0. 01-24小時，加脫水劑攪拌0. 01-60分鐘得凝膠，將凝膠 冷凍乾燥後得交聯羧甲基甲殼素支架。所述脫水劑為水溶性碳化二亞胺，包括1-乙基-(3，3-二甲基胺丙基)碳化二亞 胺或其它碳化二亞胺的水溶性衍生物。所述催化劑為琥珀醯亞胺及其衍生物，包括N-羥基琥珀醯亞胺或N-羥基硫代琥 珀醯亞胺。所述脫水交聯反應的反應溫度為0°C至80°C。所用的羧甲基甲殼素的取代度為0 %至200 %，脫乙醯度為0 %至100 %。本發明的有益效果是羧甲基甲殼素支架降解速度較快；交聯羧甲基甲殼素完全 可以單獨形成穩定的單分子組織工程支架材料，而無需複合其他生物聚陰離子，製備工藝 更加簡單。交聯羧甲基甲殼素殘存的羧甲基還能與鹼性成纖維細胞生長因子(bFGF)結合， 成為因子的保活、緩釋載體。本發明的碳化二亞胺化學交聯羧甲基甲殼素既可作為組織工 程真皮支架材料，也可作為骨、血管等其他組織工程支架材料。目前市售的天然生物高分子 材料甲殼素分離自蝦蟹殼，來源豐富。由甲殼素製備的羧甲基甲殼素化學結構與透明質酸 相似，但相對其它糖胺多糖，如透明質酸、硫酸軟骨素等價格更低廉。說明附圖下面通過具體實施方式
並結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明
圖1是實施實例1所得樣品的掃描電鏡照片；圖2是實施實例2所得樣品的掃描電鏡照片；圖3是實施實例3所得樣品的掃描電鏡照片；圖4是實施實例1所得樣品的體外溶菌酶降解示意圖。
具體實施例方式實施實例1 羧甲基甲殼素取代度90%，脫乙醯度60%，分子量為200，000。取羧 甲基甲殼素0.4g放入燒杯，加去離子水15g配製成濃度為2.7% (w/w)的羧甲基甲殼素溶 液，在溶液中加入催化劑0. 1151g N-羥基琥珀醯亞胺和緩衝劑0.2133g 4-嗎啉乙磺酸攪 拌5min。取脫水劑1-乙基_(3，3-二甲基胺丙基)碳化二亞胺鹽酸鹽0. 1917g溶於5g去 離子水中，加入以上配製的羧甲基甲殼素溶液中，快速攪拌30秒得羧甲基甲殼素凝膠。將 凝膠放入0. IM Na2HP04溶液洗滌一天，三次更換洗滌液，用去離子水洗滌凝膠三天，每8小 時更換洗滌液。將洗淨的凝膠_20°C冷凍後經冷凍乾燥得多孔支架。實施實例2 羧甲基甲殼素取代度30 %，脫乙醯度90 %，分子量為50，000。取羧甲 基甲殼素0.4g放入燒杯，加去離子水2. 7g配製成濃度為15% (w/w)的羧甲基甲殼素溶液， 在溶液中加入催化劑0. 1151g N-羥基琥珀醯亞胺和緩衝劑0. 0821g 4-嗎啉乙磺酸攪拌1 小時。取脫水劑1-乙基_(3，3- 二甲基胺丙基)碳化二亞胺鹽酸鹽0. 1917g溶於5g去離 子水中，加入以上配製的羧甲基甲殼素溶液中，快速攪拌2分鐘得羧甲基甲殼素凝膠。將凝 膠放入0. IM Na2HP04溶液洗滌一天，三次更換洗滌液，用去離子水洗滌凝膠三天，每8小時更換洗滌液。將洗淨的凝膠_20°C冷凍後經冷凍乾燥得多孔支架。實施實例3 羧甲基甲殼素取代度150 %，脫乙醯度38 %，分子量為9，000。取羧甲 基甲殼素1.2g放入燒杯，加去離子水3g配製成濃度為40% (w/w)的羧甲基甲殼素溶液，在 溶液中加入催化劑0. 3453g N-羥基琥珀醯亞胺和緩衝劑0. 0853g 4-嗎啉乙磺酸攪拌10 小時。取脫水劑1-乙基_(3，3_ 二甲基胺丙基)碳化二亞胺鹽酸鹽0.5751g溶於5g去離 子水中，加入以上配製的羧甲基甲殼素溶液中，快速攪拌10分鐘得羧甲基甲殼素凝膠。將 凝膠放入0. IM Na2HP04溶液洗滌一天，三次更換洗滌液，用去離子水洗滌凝膠三天，每8小 時更換洗滌液。將洗淨的凝膠_20°C冷凍後經冷凍乾燥得多孔支架。材料測試方法將羧甲基甲殼素支架裁剪成IcmXlcmXO. 2cm大小，加入5mL 0. 2mg/mL溶菌酶磷酸鹽溶液(pH = 7. 4)中，置於恆溫震蕩器中37°C恆溫，每隔一天補充 ImL新鮮溶菌酶磷酸鹽溶液。分別於1，2，3，5，7天將樣品取出，用去離子水將支架洗淨，放 入電熱鼓風乾燥箱中乾燥後稱重，每組樣品測試3次，取平均值。降解速率由下式計算樣品殘留率(％ ) = 100Xfft/ffo式中Wt (g)為降解後支架的質量，Wo (g)為降解 前支架的質量。圖1是實施實例1所得樣品的掃描電鏡照片；圖2是實施實例2所得樣品的掃描 電鏡照片；圖3是實施實例3所得樣品的掃描電鏡照片，多孔支架的孔徑在20-200 μ m,分 布均勻，儘管例2和例3採用的羧甲基甲殼素的濃度較高，但因其分子量比較低，在溶液中 易溶脹，導致成型後的支架孔洞變大；圖4是實施實例1所得樣品的體外溶菌酶降解示意 圖。支架在5天內基本降解完全，說明支架酶降解性能優異。根據上述說明書的揭示和指導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方 式進行適當的變更和修改。因此，本發明並不局限於上面揭示和描述的具體實施方式
，對本 發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護範圍內。此外，儘管本說明書 中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。
權利要求
一種交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法，其特徵在於將羧甲基甲殼素溶液用水溶性碳化二亞胺脫水交聯後製備水凝膠，再通過冷凍乾燥方法製備交聯羧甲基甲殼素多孔支架。
2.根據權利要求1所述的一種交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法，其特徵在 於所述交聯羧甲基甲殼素支架這樣得到將羧甲基甲殼素溶於水，加脫水劑、緩衝劑和催 化劑使羧甲基甲殼素交聯凝膠化，將凝膠冷凍乾燥後得交聯羧甲基甲殼素支架。
3.根據權利要求2所述的交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法，其特徵在於 所述交聯羧甲基甲殼素支架這樣得到將羧甲基甲殼素配製成0.1%-50% (W/W)的水溶 液，加緩衝劑、催化劑攪拌0. 01-24小時，加脫水劑攪拌0. 01-60分鐘得凝膠，將凝膠冷凍幹 燥後得交聯羧甲基甲殼素支架。
4.根據權利要求1-3所述的一種交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法；其特徵 在於所述脫水劑為水溶性碳化二亞胺，包括1-乙基_(3，3-二甲基胺丙基)碳化二亞胺或 其它碳化二亞胺的水溶性衍生物。
5.根據權利要求1-3所述的一種交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法；其特徵 在於所述催化劑為琥珀醯亞胺及其衍生物，包括N-羥基琥珀醯亞胺或N-羥基硫代琥珀醯 亞胺。
6.根據權利要求1-3所述的一種交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法，其特徵 在於所述脫水交聯反應的反應溫度為0°C至80°C。
7.根據權利要求1-3所述的交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法，其特徵在 於所用的羧甲基甲殼素的取代度為0%至200%，脫乙醯度為0%至100%。
全文摘要
本發明提供一種交聯羧甲基甲殼素組織工程支架的製備方法，用水溶性碳化二亞胺交聯羧甲基甲殼素製備水凝膠，結合冷凍乾燥方法得到交聯羧甲基甲殼素支架。本發明方法工藝簡單，成本低廉，支架生物相容性好，降解速率較快。交聯羧甲基甲殼素殘存的羧甲基還能與鹼性成纖維細胞生長因子(bFGF)結合，成為因子的保活、緩釋載體。本發明的交聯羧甲基甲殼素既可作為組織工程真皮支架材料，也可作為骨、血管等其他組織工程的支架材料。
文檔編號A61L27/56GK101884806SQ20101022470
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月9日 優先權日2010年7月9日
發明者吳奕光, 黃新政 申請人:吳奕光