本发明专利技术公开一种抗细胞衰老的骨组织工程支架材料及其制备方法与应用，以PCL-PLA支架为基础材料，采用CNT和IGF-1成功制备IGF-CNT-PCL-PLA骨组织工程支架材料，通过实验证明，细胞在本发明专利技术所制得的抗细胞衰老的骨组织工程支架材料上具有较强的生长活性，同时支架材料具有较好的抗细胞衰老效果。本发明专利技术所述抗细胞衰老的骨组织工程支架材料的制备方法简单易行，成本低廉，在骨组织工程支架材料或骨替代材料领域具有很好的应用前景，也利于日后的规模化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物材料
，具体涉及一种抗细胞衰老的骨组织工程支架材料及其制备方法与应用。
技术介绍
骨组织的重要性和骨相关疾病带来的危害，加速了骨组织工程的发展。在此大背景下，骨组织工程因具有治疗骨相关损伤或疾病的巨大潜力，而成为修复损伤器官的新的前沿的方法。通常而言，骨组织工程的研究包含了三大元素：支架、细胞和生长因子。上述三者中，对支架的研究是目前研究较为活跃的领域之一。近年来，许多研究者开发出了多种生物可降解材料，以应用于支架的构建。如聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、共聚合乳酸乙醇酸（PLGA）和聚己内酯（PCL）等，在组织工程支架构建上显示出了良好的生物适应性。然而，随着骨组织工程的发展，单一的材料并不能满足其需要。目前，骨组织工程要求所用支架既是理想的骨替代物，又同时具有能够诱导骨细胞形成矿化组织的性能。因此，作为关键因素之一，构建和修饰支架同样值得我们关注。尽管目前已开发出多种修饰骨组织工程支架的方案，但开发出最接近理想的技术仍然是一种挑战。近期研究表明，碳纳米管（CNT）具有优良的性能，使其覆盖材料表面以后，可以加速细胞的生长。但是，因为CNT缺乏良好的分散性而引起的体内毒性，所以，CNT的毒性和生物相容性缺陷同样存在。在组织工程领域，生长因子是三要素之一，而在骨组织工程中，胰岛素类生长因子-1（IGF-1）等生长因子被认为是有效地加速骨相关细胞生长的生长因子，从而倍受重视。同时，细胞衰老是骨组织工程中值得关注的另一个问题。细胞衰老由许多原因引起，且许多蛋白关联到此过程中。>目前本领域当中尙未有相关碳纳米管光接枝胰岛素类生长因子制备抗细胞衰老的骨组织工程支架材料的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术在研究抗细胞衰老的骨组织工程支架材料方面的不足，提供一种抗细胞衰老的骨组织工程支架材料。本专利技术的另一个目的是提供上述骨组织工程支架材料的应用。本专利技术的上述目的通过如下技术方案予以实现：一种抗细胞衰老的骨组织工程支架材料，通过如下步骤制备得到：S1. 碳纳米管CNT功能化改性，所述功能化改性包括羧基化改性或羟基化改性；S2. 将羧基化后的CNT与无水乙醇制成羧基化CNT悬浮液，浓度为0.1~0.3 mg/mL；将羟基化后的CNT与无水乙醇制成羟基化CNT悬浮液，浓度为0.1~0.3 mg/mL；S3. 制备光活性胰岛素类生长因子-1（IGF-1），将IGF-1与N-琥珀酰亚胺酯按质量比为4~6：16~18混合反应、离心、干燥制得光活性IGF-1；S4. 将光活性IGF-1溶于磷酸缓冲液PBS中，配制浓度为0.5~1.5 ng/μL的光活性IGF-1溶液；S5. 将基础支架聚己内酯-聚乳酸PCL-PLA支架裁剪成合适大小，先采用过氧化氢溶液预处理，然后置于羟基化CNT悬浮液中震荡100~140 min，风干后再置于羧基化CNT悬浮液中静置10~14 h制得CNT支架（CNT-PCL-PLA）；S6. 在CNT-PCL-PLA支架上滴加光活性IGF-1溶液、自然干燥、紫外灯照射后即得产品IGF-1、CNT共修饰型支架（IGF-CNT-PCL-PLA）。作为一种实施方案，步骤S1中所述羧基化改性的具体步骤为将CNT分散于浓度为2.5 mol/L的硝酸溶液中，超声与搅拌交替处理48 h后将CNT离心分离、洗涤、干燥；然后再将干燥后的CNT分散于浓硝酸与浓硫酸体积比为1:3的混酸溶液中，超声与搅拌处理4 h 后将CNT离心分离、洗涤、干燥；最后将干燥后的CNT分散于质量分数为20%的过氧化氢水溶液，超声与搅拌交替处理2 h，洗涤、干燥后备用。优选地，所述羧基化改性的原料CNT为长1~2μm、直径60~100nm的短碳纳米管S-CNT。优选地，所述硝酸溶液、混酸溶液或过氧化氢水溶液的用量为100 mL每1g CNT。作为一种实施方案，步骤S1中所述羟基化改性的具体步骤为将CNT与KOH按质量比1：7~8混合，分散于无水乙醇中并超声与搅拌交替处理15h，洗涤、干燥后备用。优选地，所述羟基化改性的原料CNT为长5~15μm、直径10~20nm的长碳纳米管L-CNT。优选地，所述无水乙醇的用量为100 mL每1g CNT。步骤S3中所述IGF-1与N-琥珀酰亚胺酯混合的溶剂为二甲基甲酰胺与磷酸缓冲溶液的混合溶剂DMF/PBS，其中DMF与PBS的体积比为4：1，所述混合溶剂DMF/PBS的pH=7.4。本专利技术所述IGF-1与N-琥珀酰亚胺酯反应的条件为冰浴及避光条件下搅拌反应48 h，避免反应物分解失活，保证反应顺利进行。步骤S4中制得的光活性IGF-1溶液也需要避光低温保存，避免分解失活。本专利技术所述磷酸缓冲液PBS中磷酸盐的浓度为0.010~0.015 M，pH=7.3~7.5。步骤S5中所述过氧化氢溶液预处理的具体步骤为将PCL-PLA支架置于20%过氧化氢溶液中静置5 min。步骤S6中，所述光活性IGF-1溶液的用量为60~80 μL每平方厘米的PCL-PLA支架。本专利技术步骤S6中所述紫外灯照射采用本领域常规技术处理即可，作为一种实施方案，具体步骤为将干燥后的支架材料置于250 W紫外灯下10 cm处，紫外光处理15~25 min。本专利技术所述聚己内酯-聚乳酸PCL-PLA支架为本领域常规支架材料，直接商业购买即可，通常该产品参数：PCL与 PLA的摩尔比值为8: 2，厚度0.1cm，孔隙直径100~150μm，孔隙率90%。本专利技术所述抗细胞衰老的骨组织工程支架材料在抗细胞衰老制剂方面的应用。专利技术人通过实验发现，支架材料加载碳纳米管时，采用L-S法的方式，即先在支架上加载长碳纳米管L-CNT再加载短碳纳米管S-CNT可以使得支架对CNT的加载量最大，而采用S-L法、单一的S-CNT或单一的L-CNT进行加载，支架对CNT的加载量均明显下降，这很可能是由于长碳纳米管具有更大比表面积且更长，这就使得其与支架间的作用力更强，被支架吸附的几率更大，最终也就使得其加载量大于短碳纳米管，此外，单独添加两种碳管都没有形成大范围的三维结构，这对进一步的修饰不利。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术以PCL-PLA支架为基础材料，采用CNT和IGF-1成功制备IGF-CNT-PCL-PLA骨组织工程支架材料，通过实验证明，细胞在本专利技术所制得的抗细胞衰老的骨组织工程支架材料上具有较强的生长活性，同时支架材料具有较好的抗细胞衰老效果。本专利技术所述抗细胞衰老的骨组织工程支架材料的制备方法简单易行，成本低廉，在骨组织工程支架材料或骨替代材料领域具有很好的应用前景，也利于日后的规模化生产。附图说明图1为纯碳纳米管、羧基化碳纳米管和羟基化碳纳米管的红外表征结果图；图2为空白PCL-PLA支架和实施例1中的改性支架IGF-CNT-PCL-PLA、CNT-PCL-PLA、IGF-PCL-PLA本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抗细胞衰老的骨组织工程支架材料，其特征在于，通过如下步骤制备得到：S1. 碳纳米管CNT功能化改性，所述功能化改性包括羧基化改性或羟基化改性；S2. 将羧基化后的CNT与无水乙醇制成羧基化CNT悬浮液，浓度为0.1~0.3 mg/mL；将羟基化后的CNT与无水乙醇制成羟基化CNT悬浮液，浓度为0.1~0.3 mg/mL；S3. 制备光活性胰岛素类生长因子IGF‑1，将IGF‑1与N‑琥珀酰亚胺酯按质量比为4~6：16~18混合反应、离心、干燥制得光活性IGF‑1；S4. 将光活性IGF‑1溶于磷酸缓冲液PBS中，配制浓度为0.5~1.5 ng/μL的光活性IGF‑1溶液；S5. 将基础支架聚己内酯‑聚乳酸PCL‑PLA支架裁剪成合适大小，先采用过氧化氢溶液预处理，然后置于羟基化CNT悬浮液中震荡100~140 min，风干后再置于羧基化CNT悬浮液中静置10~14 h制得CNT支架CNT‑PCL‑PLA；S6. 在CNT‑PCL‑PLA支架上滴加光活性IGF‑1溶液、自然干燥、紫外灯照射后即得产品IGF‑1、CNT共修饰型支架IGF‑CNT‑PCL‑PLA。
【技术特征摘要】
1.一种抗细胞衰老的骨组织工程支架材料，其特征在于，通过如下步骤制备得到：
S1. 碳纳米管CNT功能化改性，所述功能化改性包括羧基化改性或羟基化改性；
S2. 将羧基化后的CNT与无水乙醇制成羧基化CNT悬浮液，浓度为0.1~0.3 mg/mL；将羟基化后的CNT与无水乙醇制成羟基化CNT悬浮液，浓度为0.1~0.3 mg/mL；
S3. 制备光活性胰岛素类生长因子IGF-1，将IGF-1与N-琥珀酰亚胺酯按质量比为4~6：16~18混合反应、离心、干燥制得光活性IGF-1；
S4. 将光活性IGF-1溶于磷酸缓冲液PBS中，配制浓度为0.5~1.5 ng/μL的光活性IGF-1溶液；
S5. 将基础支架聚己内酯-聚乳酸PCL-PLA支架裁剪成合适大小，先采用过氧化氢溶液预处理，然后置于羟基化CNT悬浮液中震荡100~140 min，风干后再置于羧基化CNT悬浮液中静置10~14 h制得CNT支架CNT-PCL-PLA；
S6. 在CNT-PCL-PLA支架上滴加光活性IGF-1溶液、自然干燥、紫外灯照射后即得产品IGF-1、CNT共修饰型支架IGF-CNT-PCL-PLA。
2. 根据权利要求1所述骨组织工程支架材料，其特征在于，步骤S1中所述羧基化改性的具体步骤为将CNT分散于浓度为2.5 mol/L的硝酸溶液中，超声与搅拌交替处理48 h后将CNT离心分离、洗涤、干燥；然后再将干燥后的CNT分散于浓硝酸与浓硫酸体积比为1:3的混酸溶液中，超声与搅拌处理4 h 后将CNT离心分离、洗涤、干燥；最后将干燥后的CNT分散于质量分数为20%的过氧化氢水溶液，超声与搅拌交替处理2 h，洗涤、干...
【专利技术属性】
技术研发人员：关燕清，刘俊明，陈吾雅，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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