一种各向异性丝素蛋白/天然多糖/纳米纤维复合水凝胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于生物医学工程技术领域，具体涉及一种各向异性丝素蛋白/天然多糖/纳米纤维复合水凝胶及其制备方法与应用。该水凝胶包含S1和S2：S1：各向异性的核壳型纳米纤维层，所述各向异性的核壳型纳米纤维的壳层包含混合物M，所述各向异性的核壳型纳米纤维的核层包含合成高分子，所述混合物M包含改性多糖和丝素蛋白；S2：改性多糖层；或包含功能性物质的改性多糖层；通过改性多糖使水凝胶具备光固化能力和可打印性；通过各向异性的核壳型纳米纤维和丝素蛋白使水凝胶具有较好的力学性能，同时，抑制细胞的成骨分化；该水凝胶可用于制备具有组织修复功能的生物医学工程材料。组织修复功能的生物医学工程材料。

【技术实现步骤摘要】
一种各向异性丝素蛋白/天然多糖/纳米纤维复合水凝胶及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于生物医学工程
，具体涉及一种各向异性丝素蛋白/天然多糖/纳米纤维复合水凝胶及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]组织工程心脏瓣膜(TEHV)是将自体的种子细胞(seed cell)与可降解的生物材料 (biodegradable p01ymer)混合并在体外培养一段时间后，植入体内，随着种子细胞的不断增殖、细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的分泌和生物材料的逐渐降解和吸收，最终形成具有正常结构和功能的心脏瓣膜。理想的TEHV不仅克服机械瓣和生物瓣的不足，而且具有自我生长、修复、重塑且无免疫原性的特点，因而其临床应用具有广阔前景。TEHV可以提供一个环境，使患者来源的细胞能够生长和重塑支架，以模仿固有的瓣膜结构。
[0003]构建TEHV的关键是种子细胞赖以生存的支架，天然多糖水凝胶可达到与软组织接近的力学性能及良好的生物相容性，近年来被广泛用于制备支架，但在力学性能和降解速率等方面还需加强，此外，水凝胶聚合物网络通常是各向同性的，而许多生物系统具有明确的分层结构，这些结构在宏观尺度上具有各向异性，如心瓣膜、皮肤和关节软骨。在心瓣膜中，各向异性在实现心脏收缩和舒张等功能上发挥着至关重要的作用，并且各向异性结构对细胞的增殖、迁移和分化有很大的影响。
[0004]从天然高分子到合成高分子的多种材料用于制备TEHV来模拟瓣膜的生物力学，甲基丙烯酸明胶(MeGel)是一种常见的用于组织工程的水凝胶生物材料，因为它具有力学性能可调，并提供优良的细胞粘附性能。专利技术人之前已经证明了使用MeGel水凝胶生物打印心脏瓣膜的能力，但MeGel并不表现出对瓣膜生物力学至关重要的非线性弹性。此外，在骨组织工程应用中，发现MeGel可能增强MSC成骨分化和ECM钙化等CAVD的所有特性。因此，像MeGel这样的水凝胶需要进一步改性或与其他材料进行复合，以降低潜在的钙化或小叶回缩的风险。
[0005]丝素蛋白，是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，含量约占蚕丝的70％～80％，含有 18种氨基酸，其中甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)和丝氨酸(Ser)约占总组成的80％以上。丝素蛋白来源丰富，具有良好的生物相容性，无毒，无刺激性。同时，丝素蛋白可部分生物降解，其降解产物本身不仅对组织无毒副作用，还对如皮肤、牙周组织等有营养与修复的作用。丝素蛋白正是由于具有上述性质，在生物医用领域和组织工程中得到了日益广泛的应用。由于丝素蛋白与人体皮肤蛋白属于纤维蛋白，结构有不少相似之处，所以，丝素蛋白及其水解物与人体皮肤的亲和性是任何其他天然蛋白所不能比拟的。纯丝素膜的稳定性和强度主要取决于膜中β
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折叠结构和分子间氢键，而纯丝素膜中这两者含量并不多,使丝素膜的结晶区相对较少，在低湿干燥环境中强度不够，丝素膜硬且脆，可拉伸性非常小，使其在某些应用中受到限制。这就迫切需要丝素与其它高聚物复合、共混进行静电纺丝，以改变单一静电纺丝素纳米纤维的弱点，提高其应用价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术第一方面的目的，在于提供一种各向异性丝素蛋白/天然多糖/纳米纤维复合水凝胶。
[0007]本专利技术第二方面的目的，在于提供第一方面的一种各向异性丝素蛋白/天然多糖/纳米纤维复合水凝胶的制备方法。
[0008]本专利技术第三方面的目的，在于提供第一方面的一种各向异性丝素蛋白/天然多糖/纳米纤维复合水凝胶在制备生物医学材料中的应用。
[0009]本专利技术第四方面的目的，在于提供一种生物医学材料。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0011]本专利技术的第一个方面，提供一种各向异性丝素蛋白/天然多糖/纳米纤维复合水凝胶，包含 S1和S2：
[0012]S1：各向异性的核壳型纳米纤维层，所述各向异性的核壳型纳米纤维的壳层包含混合物 M，所述各向异性的核壳型纳米纤维的核层包含合成高分子，所述混合物M包含改性多糖和丝素蛋白；
[0013]S2：改性多糖层；或
[0014]包含功能性物质的改性多糖层；
[0015]所述改性多糖包含甲基丙烯酰基改性的多糖、甲基丙烯酰氧丙基改性的多糖中的至少一种；
[0016]所述合成高分子包含聚己内酯、聚乳酸、聚乙二醇、聚对苯二甲酸
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己二酸丁二醇酯、聚乙丙交酯中的至少一种；
[0017]所述功能性物质包含细胞生长因子、干细胞中的至少一种。
[0018]优选地，所述S1和S2交替层叠。
[0019]优选地，所述S1的层数为n，所述S2的层数为n+1或n
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1；进一步优选地，所述S1的层数为n，所述S2的层数为n+1。
[0020]优选地，所述n为2、3、4、5、或6；进一步优选地，所述n为2、3、4、或5。
[0021]优选地，所述改性多糖包含甲基丙烯酰基改性的多糖。
[0022]优选地，所述甲基丙烯酰基改性的多糖的制备方法如下：将多糖与含甲基丙烯酰基团的单体混合，反应，得到甲基丙烯酰基改性的多糖。
[0023]优选地，所述多糖包含明胶、透明质酸、海藻酸钠、卡拉胶、葡聚糖中的至少一种；进一步优选地，所述多糖包含明胶、透明质酸、海藻酸钠中的至少一种；更进一步优选地，所述多糖包含明胶。
[0024]优选地，所述多糖与含甲基丙烯酰基团的单体的质量体积比(g:mL)为(0.5～15):7.5；进一步为(1～10)：7.5。
[0025]优选地，所述含甲基丙烯酰基团的单体包含甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种；进一步包含甲基丙烯酸酐。
[0026]优选地，所述多糖为多糖溶液。
[0027]优选地，所述多糖溶液的pH为7.5～10；进一步为8～9。
[0028]优选地，所述多糖溶液的浓度按质量体积比(w/v，g/mL)计为0.5～30％；进一步优选地，所述多糖溶液的浓度按质量体积比(w/v)计为1～10％。
[0029]优选地，所述明胶的数均分子量为30000D～100000D；进一步为30000D～80000D。
[0030]优选地，所述反应的条件为：pH＝7.5～10，35～45℃下反应4～8h；进一步为：pH＝8～9， 35～40℃下反应6～8h。
[0031]优选地，所述反应后还包括透析、干燥的步骤。
[0032]优选地，所述透析中截留分子量为3000～4000D；进一步为3000～3500D；更进一步为 3500D。
[0033]优选地，所述功能性物质包含干细胞；进一步包含间充质干细胞。
[0034]优选地，所述间充质干细胞在所述改性多糖中的密度为105～108细胞/mL改性多糖；更进一步为106～107细胞/mL改性多糖。
[0035]优选地，所述改性多糖包含甲基丙烯酰基团改性的明胶、甲基丙烯酰基团改性的透明质酸、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种各向异性丝素蛋白/天然多糖/纳米纤维复合水凝胶，包含S1和S2：S1：各向异性的核壳型纳米纤维层，所述各向异性的核壳型纳米纤维的壳层包含混合物M，所述各向异性的核壳型纳米纤维的核层包含合成高分子，所述混合物M包含改性多糖和丝素蛋白；S2：改性多糖层；或包含功能性物质的改性多糖层；所述改性多糖包含甲基丙烯酰基改性的多糖、甲基丙烯酰氧丙基改性的多糖中的至少一种；所述合成高分子包含聚己内酯、聚乳酸、聚乙二醇、聚对苯二甲酸
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己二酸丁二醇酯、聚乙丙交酯中的至少一种；所述功能性物质包含细胞生长因子、干细胞中的至少一种。2.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于：所述各向异性的核壳型纳米纤维层的取向度为0.112～0.125；优选地，所述各向异性的核壳型纳米纤维层的厚度为0.1～1.3mm。3.根据权利要求1或2所述的水凝胶，其特征在于：所述各向异性的核壳型纳米纤维的制备方法如下：以混合物M的溶液为壳层纺丝溶液，以合成高分子的溶液为核层纺丝溶液，进行同轴静电纺丝，得到各向异性的核壳型纳米纤维。4.根据权利要求3所述的水凝胶，其特征在于：所述混合物M的溶液的浓度为10～25wt％；进一步为15～20wt％；优选地，所述合成高分子的溶液的浓度为5～20wt％；进一步为10～15wt％。5.根据权利要求4所述的水凝胶，其特征在于：所述同轴静电纺丝的步骤如下：分别将壳层纺丝溶液和核层纺丝溶液置于注射装置中，壳层纺丝溶液的推进速度为0.1～2mL/h，壳层纺丝溶液与核层纺丝溶液的推进速度的比值为1：(0.5～1.5)，注射装置的针头与接收装置的距离为8～25cm，接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟飞，马年方，蒋丽群，平兆华，曾建，黄清铧，
申请(专利权)人：广东省科学院生物与医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：