用于组织工程的支架及其在促进细胞分布中的应用制造技术

一种用于组织工程的支架，包括蚕丝纤维与丝素蛋白组成的复合材料多孔支架，具有β

【技术实现步骤摘要】
用于组织工程的支架及其在促进细胞分布中的应用


[0001]本专利技术涉及一种由生物材料制造的医疗器械，尤其涉及一种以姜黄素为活性成分，辅以聚合物的粉末，以其为敷料，用于促进烧伤创面的愈合。

技术介绍

[0002]组织工程的发展正逐渐改变着传统的医学治疗，并进一步向临床应用的再生医学发展。生物材料支架是组织工程领域中至关重要的组成部分，它为细胞的粘附、生长和发育提供了合适的机械强度、空间和环境。然而，理想的细胞支架不应仅仅提供生长空间和临时支撑。它还应具有良好的亲和力，实现细胞与材料的良好整合；维持支架形状稳定的力学强度以满足临床应用中组织缺损和修复的实际需要。
[0003]再生组织的形状应与患者的组织缺损相匹配，这对组织工程的临床转化至关重要。合成的高分子生物材料可以有效地控制其力学性能，但其生物活性有限。天然材料具有较好的活性，但其多孔支架由于力学特性弱、孔隙率高，在使用过程中难以保持原有的形貌和微观结构。
[0004]组织再生的另一个关键因素是均质化的组织生长。有许多工作试图解决构建高密度接种和种子细胞均匀分布的挑战。多孔支架较高的比表面积可为细胞粘附生长提供接触面，并有利于营养成分渗透。而多孔支架多采用滴注的接种方式，细胞依靠重力和亲水性在支架内分布。这种不受控制的细胞接种模式导致大部分细胞粘附在支架外表面，而支架内部的细胞分布受到阻碍。因此，很多学者尝试通过增加支架的孔径来提高接种的均匀性，但孔径增加也会导致支架无法“锁住”细胞，使得支架内的细胞液流出，不仅细胞损失增加，还降低接种效率，且支架内部的细胞分布仍较少。
[0005]由于受组织工程多孔支架结构设计的限制，在细胞接种时常会产生难以避免的流失，且难以制备大块均匀的再生组织。天然生物材料构建的多孔支架，更是因其力学性能不足，在体内再生过程中难以抵抗动态的力学环境并维持其形状稳定性，而限制了其在再生医学中进一步的应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的在于提供一种用于组织工程的支架，利于细胞的保留和储存，提高细胞在支架内的分布数量。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种用于组织工程的支架，促进细胞在支架内的均匀性，利于在组织工程中的应用。
[0008]本专利技术的再一个目的在于提供一种用于组织工程的支架，适用于循环压缩的细胞接种方式，提高细胞的载量。
[0009]本专利技术的又一个目的在于提供一种用于组织工程的支架，作为支架材料利于组织再生和重建。
[0010]本专利技术的第五个目的在于提供一种用于组织工程的支架，作为医疗器械在骨修复
中的应用。
[0011]一种用于组织工程的支架，包括蚕丝纤维与丝素蛋白(分子量≥100，000道尔顿)，蚕丝纤维与丝素蛋白具有化学交联而形成多孔结构。
[0012]这种支架具有β
‑
折叠物理交联和(环氧)化学交联的双重交联网络(即“双网络”)。环氧交联剂可以与丝素蛋白以及蚕丝纤维上的氨基和羟基形成化学结合，使得丝素蛋白自身与交联剂形成化学交联的同时，内部均匀分散的短纤维也与丝素蛋白形成稳定的交联结构，以及内部相互连通的微孔结构。
[0013]蚕丝纤维的复合会抑制冰晶的生长降低支架内微孔孔径，通过调节丝素蛋白与蚕丝短纤维的复合比例，可以调控支架的微孔孔径。即蚕丝纤维的长度增长，总浓度以及蚕丝纤维所占比例增高，会使孔径降低。蚕丝纤维长度减小，总浓度以及纤维占比减少，可以使孔径增大比如：10μm～800μm，孔隙率为80％～98％。蚕丝纤维的复合还显著增强支架的力学性能，其模量可在10kpa～200kpa范围内调节。
[0014]本专利技术的支架表现出良好的吸水性，可吸收自身重量8倍以上的水份，并在水环境下优异的弹性和耐疲劳性，在压缩应变超过80％条件下仍能恢复原状，抵抗多次的动态压缩力学环境。
[0015]本专利技术的用于组织工程的支架，蚕丝纤维与丝素蛋白的比例为5wt％～200wt％，尤其是按重量，丝素蛋白：蚕丝纤维为2：1。
[0016]本专利技术的用于组织工程的支架，所用蚕丝短纤维的长度范围为50μm～900μm，尤其是100μm～200μm，有效增加支架整体强度。
[0017]本专利技术的用于组织工程的支架，具有微孔构造，其重量/体积比为0.04～0.12。
[0018]利用蚕丝纤维增强丝素蛋白复合支架的相互连通的微孔结构和水环境下优异压缩回弹性，可以适用于新型的循环压缩细胞接种方法，将细胞悬液滴加在支架表面或者将材料浸没到细胞悬液之后，仅通过简单的支架挤压回弹循环5次以上，比如：5次～20次，即可实现细胞在支架内部的便捷、快速和均匀地高浓度(6
×
107个细胞/ml)负载与储存(锁定)，可以适用于各种细胞的接种，包括但不限于：软骨、骨、神经和皮肤等多种组织细胞，以及骨髓干细胞、胚胎干细胞和神经干细胞等干细胞。
[0019]本专利技术的支架简单、快捷、适用于多种组织再生，根据临床患者的实际需求，可以定制个性化形态结构的纤维增强丝素蛋白弹性支架，并构建再生组织。通过简单的灌注冷冻成型制备所需形状的组织工程支架，可用于制备人耳软骨支架，关节软骨支架等软组织填充支架以及应用于创面再生、脊髓神行再生等其它组织工程所需的支架。
[0020]将细胞悬液滴加在支架表面或者将材料浸没到细胞悬液之后，仅通过简单的支架挤压回弹循环，比如：5～20次，可以实现细胞在支架内部的便捷、快速、均匀地高浓度负载与锁定。该技术具有高度通用性，该技术可以根据临床患者的实际需求，比如：用于骨修复(如：软骨)的医疗器械。
[0021]制取本专利技术支架的方法如下：
[0022]先将丝素蛋白与蚕丝短纤维(纤维长度范围为50μm～900μm)于水中混合，丝素蛋白的浓度为0.01g/ml～0.15g/ml(尤其是0.05g/ml)，蚕丝纤维与丝素蛋白的混合比例为5wt％～200wt％；
[0023]然后，按丝素蛋白和蚕丝纤维总质量，每克加入3mmol的环氧交联剂(如：乙二醇二
缩水甘油醚)；
[0024]混合均匀后加入不同形状模具中，如：但不限于圆柱状、片状、人耳状以及其它适配组织缺损的形状；
[0025]再将模具放入
‑
80℃到
‑
30℃冷冻1小时～10小时，实现冰晶的取向化生长和形成，以及结构的固定；
[0026]之后，将模具放入
‑
20℃到
‑
10℃环境中12小时～48小时，进一步化学交联；
[0027]最后，将模具放置室温环境下解冻后脱模，经冷冻干燥，即得到用于组织工程的支架。
[0028]本专利技术所用的蚕丝纤维，可通过将脱胶蚕丝加入强碱溶液(pH10～12)，经水解而得。
[0029]本专利技术的方法，为了加快交联，在加入交联剂后，还按丝素蛋白和蚕丝纤维溶液总体积加入0.1v/v％～0.5v/v％(相对于)的催化剂：四甲基乙二胺。
附图说明
[0030]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于组织工程的支架，其特征在于包括蚕丝纤维与丝素蛋白，蚕丝纤维与丝素蛋白具有化学交联而形成多孔结构，形成具有β
‑
折叠物理交联和化学交联的双重交联网络。2.根据权利要求1所述的用于组织工程的支架，其特征在所述的化学交联为环氧化学交联。3.根据权利要求1所述的用于组织工程的支架，其特征在于所述支架的孔隙率为80％～98％。4.根据权利要求1所述的用于组织工程的支架，其特征在于所述支架含有的微孔孔径为10μm～800μm。5.根据权利要求1所述的用于组织工程的支架，其特征在蚕丝纤维与丝素蛋白的比例为5wt％～200wt％。6.根据权利要求1所述的用于组织工程的支架，其特征在于所述蚕丝短纤维的长度范围为50μm～900μm。7.根据权利要求1所述的用于组织工程的支架，其特征在于按如下方法制得：先将丝素蛋白与蚕丝短纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：周广东，雷东，王千懿，王晓云，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属第九人民医院，
类型：发明
国别省市：