用於修復人體周圍神經缺損的管式材料及製備方法
2023-11-06 22:25:47 1
專利名稱：用於修復人體周圍神經缺損的管式材料及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種基於自組裝技術製備的多層管式梯度結構複合材料神經組織支架材料。
背景技術：
周圍神經損傷及缺損在臨床上多見，迄今為止，其治療效果尚不能令人滿意。提供性能優異、結構高度仿生的人工材料是目前急待研究解決的重要課題。
影響神經修復再生的主要問題是移植神經來源有限，供區損傷、神經再生速度慢、再生質量較差等。以往已有不少神經代用品的研究，包括自體血管、肌肉、肌腱、筋膜及人工合成的不可吸收的或可吸收的神經橋接導管。這些材料和方法在動物實驗中取得了不同的治療效果，已有某些用於臨床的研究報告。但總的來說，其療效仍不能滿意。其中不可吸收的人工合成神經導管存在持續異物反應、管壁壓迫神經、需再次手術取出等缺點。目前研究的前沿是神經的組織工程，其很大的難點是缺乏理想的組織工程支架材料。理想的支架材料具有仿生特點，即組成成分應該與神經細胞合成分泌的細胞外基質(extracellular matrix，ECM)成分最大限度地接近，其結構應與神經的結構相似，有利於神經的再生。
理想的神經組織工程支架材料應具備以下條件①內部空間結構應具有定向、平行排列的微管，使雪旺細胞在支架內有序地分布，類似Bungner帶；橋接體內再生軸突排列有序，以確保準確到達靶組織、靶器官。②應適時地在體內降解和被機體吸收，即材料的降解速度和代謝吸收速度應與神經再生修復的速度相匹配。③具有理想的結構即外層為可提供必要的強度，並使毛細血管和纖維組織可以長入以提供營養的大孔結構，內層則為可起到防止結締組織長入屏障作用的緊密結構。④應保證神經修復所需的營養供應即提供受損神經再生所需的可起到調節神經細胞生長、分化並促進神經修復和組織再生的神經生長因子。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用於人體周圍神經損傷修復及再生的組織支架材料及製備方法。
為了實現上述目的，本發明將生物可吸收聚乳酸(PDLLA)、殼聚糖、膠原、硫酸軟骨素(CS)硫酸肝素等作為載體材料，利用自組裝技術、冷凍乾燥及專用模具等製備微孔雙層導管。
本發明的技術方案是一種用於修復人體周圍神經缺損的管式支架材料，該支架材料為多層管式梯度結構複合材料，由管式芯材和多層多孔的外層材料組成，它的基體材料為聚乳酸，殼聚糖或膠原，硫酸軟骨素或硫酸肝素，以質量分數為50％-90％聚乳酸為主體材料，添加1％-49％硫酸軟骨素或硫酸肝素，添加1％-49t％殼聚糖或膠原組成，所述的聚乳酸的重均分子量為3～50萬，殼聚糖的重均分子量2～80萬。
本發明所述的用於修復人體周圍神經缺損的管式支架材料，具有內部微孔、軸向有多腔道，外部疏鬆、多層的梯度結構，其外徑為3.5～25毫米、長為10～80毫米、軸向排列5～250個內徑為40～300微米的腔道。
本發明的用於修復人體周圍神經缺損的管式支架材料的製備方法，其製備步驟為步驟1、芯材的製備將聚乳酸溶於有機溶劑乙酸乙酯、或丙酮、或氯仿、或1，4-二氧六環中，注入不鏽鋼針的模具中，室溫乾燥至恆重，去模，轉入真空烘箱乾燥至恆重，浸入乙醇與水體積比為1～5∶1的溶液中去除油脂及雜質，然後用水充分漂洗，得聚乳酸管式多孔支架芯材；步驟2、胺化反應將步驟1得到的聚乳酸管式多孔支架芯材浸入己二胺或丁二胺或乙二胺的異丙醇溶液中，進行胺解反應，用去離子水充分漂洗去掉未反應的己二胺或丁二胺或乙二胺，室溫真空乾燥箱中烘乾至恆重；步驟3、酸化反應將步驟2胺解的聚乳酸管式多孔支架芯材於室溫用0.02摩爾/升鹽酸酸化，用高純水或三蒸水衝洗以去除吸附的鹽酸；步驟4、材料組裝將酸化的聚乳酸管式多孔支架芯材在硫酸軟骨素或硫酸肝素溶液中浸泡，以吸附一層硫酸軟骨素或硫酸肝素，並使表面帶負電荷，用含0.5摩爾/升NaCl的高純水或三蒸水衝洗，去除多餘硫酸軟骨素或硫酸肝素；然後將其浸入到含殼聚糖或膠原乙酸溶液中浸泡，使其表面吸附一層帶正電荷的殼聚糖或膠原，先用質量濃度為0.6％的乙酸溶液衝洗，再用含NaCl為0.2摩爾/升的高純水或三蒸水衝洗，以除多餘的殼聚糖或膠原；重複上述步驟5～8次，製備出多層結構的管式多孔支架複合物；步驟5、將步驟4得到的管式多孔支架複合物浸入液氮迅速深度冷凍，真空冷凍乾燥，即得到具有內部微孔、軸向有多腔道，外部疏鬆、多層的、梯度結構的用於修復人體周圍神經缺損的管式支架材料，其管式支架材料外徑3.5～10毫米，長10～30毫米，軸向排列5～250個內徑為40～300微米的腔道。
所述的製備步驟1中的聚乳酸在有機溶劑中的濃度為0.01-0.5克/毫升所述的製備步驟2中胺解反應用的己二胺或丁二胺或乙二胺的異丙醇溶液濃度為0.07克/毫升-0.1克/毫升。
所述的製備步驟2中胺解反應的溫度為35-39℃，反應時間為15-120分鐘。
所述的製備步驟3中鹽酸酸化時間為30-60分鐘。
所述的製備步驟4中的硫酸軟骨素或硫酸肝素溶液為含硫酸軟骨素或硫酸肝素2-50毫克/毫升的NaCl溶液，其中NaCl溶液的濃度為0.5摩爾/升。
所述的製備步驟4中的殼聚糖或膠原乙酸溶液為含殼聚糖或膠原2-50毫克/毫升的乙酸溶液，其中乙酸的質量濃度為1％～5％。
所述的製備步驟4中在殼聚糖或膠原的乙酸溶液浸泡時間為30-60分鐘。
本發明的材料選擇具有良好生物相容性、生物可降解性和生物誘導性，已在國內外廣泛使用的生物醫用材料。該導管結構利於受損神經有效地從近端向遠端生長，最終達到周圍神經修復的目的。
圖1人工神經複合導管結構示意2支架材料緻密結構形貌(SEM)圖3支架材料疏鬆結構形貌(SEM)圖4支架材料疏鬆結構形貌AFM具體實施方式
實驗所需主要材料和儀器殼聚糖(不同脫乙醯度)、膠原、聚乳酸(不同分子量)、硫酸軟骨素(CS)、硫酸肝素、己二胺、丁二胺、乙二胺、1，4-二氧六環、NaCl、鹽酸、磁力攪拌器；付裡葉變換紅外光譜儀，型號Nexus，美國熱電尼高力公司、D/MAX-IIIA型x射線衍射儀(日本理學Rikagu)等、FD-80型真空冷凍乾燥機(北京博醫康儀器廠)、數位相機、真空乾燥箱。
實施例1.製備用於修復人體周圍神經缺損的多層管式梯度結構複合材料.
1、支架材料的製備①芯材的製備將2克重均分子量為3萬的聚乳酸溶於10毫升乙酸乙酯中，注入不鏽鋼針的模具中，於25℃乾燥24小時，去模，轉入30℃真空烘箱中乾燥至恆重，浸入1∶1的乙醇-水溶中去除油脂及雜質，用去離子水充分漂洗；②胺化反應將上述芯材浸入0.08克/毫升的己二胺-異丙醇中，35℃反應20分鐘，用去離子水充分漂洗去掉未反應的己二胺，20℃真空乾燥箱中烘乾至恆重；③酸化反應將胺解聚乳酸芯材於室溫下在0.02摩爾/升鹽酸溶液中酸化20分鐘，用大量三蒸水衝洗以去除吸附的鹽酸；④材料組裝將酸化芯材在含硫酸軟骨素2毫克/毫升的NaCl溶液中浸泡30分鐘以吸附一層硫酸軟骨素，其NaCl水溶液濃度為0.5摩爾/升並使表面帶上負電，用含0.5摩爾/升NaCl的三蒸水衝洗3次以去除多餘硫酸軟骨素.然後浸入到2毫克/毫升的重均分子量為2萬的殼聚糖的2％乙酸溶液中浸泡30分鐘，使聚乳酸表面吸附一層帶正電的殼聚糖；先用質量濃度為0.6％的乙酸溶液洗，再用含0.2摩爾/升NaCl的三蒸水衝洗去除多餘的殼聚糖；⑤組裝雙層神經導管重複上述步驟，可製備理想層數的硫酸軟骨素-殼聚糖多層膜，液氮深度冷凍，去掉模具，冷凍乾燥，即得人工神經複合導管。
2.、支架材料的組成、性能和形貌測試利用付裡葉變換紅外光譜儀(型號Nexus)，美國維易科掃描探針顯微鏡(SPM，DINanoscope IV型)(原子力顯微鏡，AFM)、三維視頻顯微系統觀察形貌及日立S-450型掃描電鏡觀察導管形貌。體外實驗是將樣品置於磷酸緩衝溶液中，測定導管的溶脹性和降解性，pH的變化情況。
掃描電鏡圖如圖2、3，原子力顯微鏡照片如圖4。
掃描電鏡觀察支架材料表面分布均勻、連通的較大孔隙、橫斷面呈均勻多層結構。材料內部分布微孔、腔道軸向排列。
該材料植入體內1～3月觀察，植入1個月材料開始降解，植入2個月材料明顯降解，植入3個月材料大部分降解。體外實驗觀察，材料在15天發生溶脹、2個月外形完整，溶液pH值變化微小。
實施例2.製備用於修復人體周圍神經缺損的多層管式梯度結構複合材料1、.支架材料的製備①芯材的製備將5克重均分子量為50萬的聚乳酸溶於10毫升1，4-二氧六環中，注入不鏽鋼針的模具中，於25℃乾燥24小時，去模，轉入30℃真空烘箱中乾燥至恆重，浸入1∶1的乙醇—水溶中去除油脂及雜質，用去離子水充分漂洗；②胺化反應將上述芯材浸入0.09克/毫升的己二胺-異丙醇中，39℃反應15分鐘，用去離子水充分漂洗去掉未反應的己二胺，20℃真空乾燥箱中烘乾至恆重；③酸化反應將胺解聚乳酸芯材於室溫下在0.02摩爾/升鹽酸溶液中酸化30分鐘，用大量三蒸水衝洗以去除吸附的鹽酸；④材料組裝將酸化芯材在含硫酸軟骨素5毫克/毫升的NaCl溶液中浸泡15分鐘以吸附一層硫酸軟骨素，其NaCl水溶液濃度為0.5摩爾/升並使表面帶上負電，用含0.5摩爾/升NaCl的三蒸水衝洗3次以去除多餘硫酸軟骨素.然後浸入到含膠原5毫克/毫升2％的乙酸溶液中浸泡15分鐘，使聚乳酸表面吸附一層帶正電的膠原；先用質量濃度為0.6％的乙酸溶液洗，再用含0.2摩爾/升NaCl的三蒸水衝洗去除多餘的殼聚糖；⑤組裝雙層神經導管重複上述步驟，可製備理想層數的硫酸軟骨素-殼聚糖多層膜，液氮深度冷凍，去掉模具，冷凍乾燥，即得人工神經複合導管。
2.、支架材料的組成、性能和形貌測試測試方法同實施例1，掃描電鏡觀察支架材料表面分布均勻、連通的較大孔隙、橫斷面呈均勻多層結構。材料內部分布微孔、腔道軸向排列。
該材料植入體內1～3月觀察，植入1個月材料開始降解，植入2個月材料明顯降解，植入3個月材料大部分降解。體外實驗觀察，材料在15天發生溶脹、2個月外形完整，溶液pH值變化微小。
實施例3.製備用於修復人體周圍神經缺損的多層管式梯度結構複合材料1、支架材料的製備①芯材的製備將2克重均分子量為10萬的聚乳酸溶於10毫升丙酮中，注入不鏽鋼針的模具中，於25℃乾燥24小時，去模，轉入30℃真空烘箱中乾燥至恆重，浸入1∶1的乙醇-水溶中去除油脂及雜質，用去離子水充分漂洗；②胺化反應將上述芯材浸入0.1克/毫升的乙二胺-異丙醇中，35℃反應20分鐘，用去離子水充分漂洗去掉未反應的乙二胺，20℃真空乾燥箱中烘乾至恆重；③酸化反應將胺解聚乳酸芯材於室溫下在0.02摩爾/升鹽酸溶液中酸化20分鐘，用大量三蒸水衝洗以去除吸附的鹽酸；④材料組裝將酸化芯材在含硫酸肝素2毫克/毫升的NaCl溶液中浸泡30分鐘以吸附一層硫酸肝素，其NaCl水溶液濃度為0.5摩爾/升並使表面帶上負電，用含0.5摩爾/升NaCl的三蒸水衝洗3次以去除多餘硫酸肝素.然後浸入到含膠原2毫克/毫升1％的乙酸溶液中浸泡30分鐘，使聚乳酸表面吸附一層帶正電的膠原；先用質量濃度為0.6％的乙酸溶液洗，再用含0.2摩爾/升NaCl的三蒸水衝洗去除多餘的膠原；⑤組裝雙層神經導管重複上述步驟，可製備理想層數的硫酸肝素-膠原多層膜，液氮深度冷凍，去掉模具，冷凍乾燥，即得人工神經複合導管。
2.、支架材料的組成、性能和形貌測試測試方法同實施例1，掃描電鏡觀察支架材料表面分布均勻、連通的較大孔隙、橫斷面呈均勻多層結構。材料內部分布微孔、腔道軸向排列。
該材料植入體內1～3月觀察，植入1個月材料開始降解，植入2個月材料明顯降解，植入3個月材料大部分降解。體外實驗觀察，材料在15天發生溶脹、2個月外形完整，溶液pH值變化微小。
權利要求
1.一種用於修復人體周圍神經缺損的管式支架材料，其特徵在於，該支架材料為多層管式梯度結構複合材料，由管式芯材和多層多孔的外層材料組成，它的基體材料為聚乳酸，殼聚糖或膠原，硫酸軟骨素或硫酸肝素，以質量分數為50％-90％聚乳酸為主體材料，添加1％-49％硫酸軟骨素或硫酸肝素，添加1％-49t％殼聚糖或膠原組成，所述的聚乳酸的重均分子量為3～50萬，殼聚糖的重均分子量2～80萬。
2.如權利1所述的用於修復人體周圍神經缺損的管式支架材料，其特徵在於，其外徑為3.5～25毫米、長為10～80毫米、軸向排列5～250個內徑為40～300微米的腔道，具有內部微孔、軸向有多腔道，外部疏鬆、多層的梯度結構。
3.權利要求1所述的用於修復人體周圍神經缺損的管式支架材料的製備方法，其特徵在於，製備步驟為步驟1、芯材的製備將聚乳酸溶於有機溶劑乙酸乙酯、或丙酮、或氯仿、或1，4-二氧六環中，注入不鏽鋼針的模具中，室溫乾燥至恆重，去模，轉入真空烘箱乾燥至恆重，浸入乙醇與水體積比為1-5∶1的溶液中去除油脂及雜質，然後用水充分漂洗，得聚乳酸管式多孔支架芯材；步驟2、胺化反應將步驟1得到的聚乳酸管式多孔支架芯材浸入己二胺或丁二胺或乙二胺的異丙醇溶液中，進行胺解反應，用去離子水充分漂洗去掉未反應的己二胺或丁二胺或乙二胺，室溫真空乾燥箱中烘乾至恆重；步驟3、酸化反應將步驟2胺解的聚乳酸管式多孔支架芯材於室溫用0.02摩爾/升鹽酸酸化，用高純水或三蒸水衝洗以去除吸附的鹽酸；步驟4、材料組裝將酸化的聚乳酸管式多孔支架芯材在硫酸軟骨素或硫酸肝素溶液中浸泡，以吸附一層硫酸軟骨素或硫酸肝素，並使表面帶負電荷，用含0.5摩爾/升NaCl的高純水或三蒸水衝洗，去除多餘硫酸軟骨素或硫酸肝素；然後將其浸入到含殼聚糖或膠原乙酸溶液中浸泡，使其表面吸附一層帶正電荷的殼聚糖或膠原，先用質量濃度為0.6％的乙酸溶液衝洗，再用含NaCl為0.2摩爾/升的高純水或三蒸水衝洗，以除多餘的殼聚糖或膠原；重複上述步驟5～8次，製備出多層結構的管式多孔支架複合物；步驟5、將步驟4得到的管式多孔支架複合物浸入液氮迅速深度冷凍，真空冷凍乾燥，即得到具有內部微孔、軸向有多腔道，外部疏鬆、多層的、梯度結構的用於修復人體周圍神經缺損的管式支架材料，其管式支架材料外徑3.5～10毫米，長10～30毫米，軸向排列5～250個內徑為40～300微米的腔道。
4.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟1中的聚乳酸在有機溶劑中的濃度為0.01～0.5克/毫升。
5.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟2中胺解反應用的己二胺或丁二胺或乙二胺的異丙醇溶液濃度為0.07克/毫升～0.1克/毫升。
6.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟2中胺解反應的溫度為35-39℃，反應時間為15-120分鐘。
7.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述的鹽酸酸化時間為30-60分鐘。
8.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟4中的硫酸軟骨素或硫酸肝素溶液為含硫酸軟骨素或硫酸肝素2-50毫克/毫升的NaCl溶液，其中NaCl溶液的濃度為0.5摩爾/升。
9.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟4中的殼聚糖或膠原乙酸溶液為含殼聚糖或膠原2-50毫克/毫升的乙酸溶液，其中乙酸的質量濃度為1％～5％。
10.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟4中在殼聚糖或膠原的乙酸溶液浸泡時間為30-60分鐘。
全文摘要
本發明涉及用於修復人體周圍神經缺損的管式材料及製備方法。依仿生原理，該管式複合材料從內至外孔結構呈梯度變化。其內部芯材選用生物可吸收的高分子材料，包括乳酸聚合物、DL—丙交酯/乙交酯共聚物丙烯腈－氯乙烯聚合物、聚酸酐或聚氨基甲酸乙酯，外部組裝材料選用天然高分子材料及其衍生物，包括殼聚糖、硫酸軟骨素、膠原、硫酸肝素、透明質酸。製備方法是先預製管式多孔支架，然後採用自組裝技術，將天然高分子材料及其衍生物組裝到已經預製的管式多孔體表面，經真空乾燥、冷凍乾燥製成外徑3.5～25毫米、長10～80毫米的多層管式梯度結構複合材料周圍神經組織支架。
文檔編號A61L27/56GK1836739SQ20061001896
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月28日 優先權日2006年4月28日
發明者閆玉華, 徐海星, 李世普, 萬濤, 賀建華, 江昕, 陳蕾 申請人:武漢理工大學