CN100358589C - 用于修复人体周围神经缺损的管式材料及制备方法 - Google Patents

用于修复人体周围神经缺损的管式材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于修复人体周围神经缺损的管式材料及制备方法。依仿生原理，该管式复合材料从内至外孔结构呈梯度变化。其内部芯材选用生物可吸收的乳酸聚合物、外部组装材料选用天然高分子材料及其衍生物，包括：壳聚糖、硫酸软骨素、胶原、硫酸肝素。制备方法是先预制管式多孔支架，然后采用自组装技术，将天然高分子材料及其衍生物组装到已经预制的管式多孔体表面，经真空干燥、冷冻干燥制成外径3.5～25毫米、长10～80毫米的多层管式梯度结构复合材料周围神经组织支架。

Description

用于修复人体周围神经缺损的管式材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于自组装技术制备的多层管式梯度结构复合材料神经组织支架材料。
背景技术
周围神经损伤及缺损在临床上多见，迄今为止，其治疗效果尚不能令人满意。提供性能优异、结构高度仿生的人工材料是目前急待研究解决的重要课题。
影响神经修复再生的主要问题是移植神经来源有限，供区损伤、神经再生速度慢、再生质量较差等。以往已有不少神经代用品的研究，包括自体血管、肌肉、肌腱、筋膜及人工合成的不可吸收的或可吸收的神经桥接导管。这些材料和方法在动物实验中取得了不同的治疗效果，已有某些用于临床的研究报告。但总的来说，其疗效仍不能满意。其中不可吸收的人工合成神经导管存在持续异物反应、管壁压迫神经、需再次手术取出等缺点。目前研究的前沿是神经的组织工程，其很大的难点是缺乏理想的组织工程支架材料。理想的支架材料具有仿生特点，即组成成分应该与神经细胞合成分泌的细胞外基质(extracellular matrix，ECM)成分最大限度地接近，其结构应与神经的结构相似，有利于神经的再生。
理想的神经组织工程支架材料应具备以下条件：①内部空间结构应具有定向、平行排列的微管，使雪旺细胞在支架内有序地分布，类似Bungner带；桥接体内再生轴突排列有序，以确保准确到达靶组织、靶器官。②应适时地在体内降解和被机体吸收，即材料的降解速度和代谢吸收速度应与神经再生修复的速度相匹配。③具有理想的结构：即外层为可提供必要的强度，并使毛细血管和纤维组织可以长入以提供营养的大孔结构，内层则为可起到防止结缔组织长入屏障作用的紧密结构。④应保证神经修复所需的营养供应：即提供受损神经再生所需的可起到调节神经细胞生长、分化并促进神经修复和组织再生的神经生长因子。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于人体周围神经损伤修复及再生的组织支架材料及制备方法。
为了实现上述目的，本发明将生物可吸收聚乳酸(PDLLA)、壳聚糖、胶原、硫酸软骨素(CS)硫酸肝素等作为载体材料，利用自组装技术、冷冻干燥及专用模具等制备微孔双层导管。
本发明的技术方案是：
一种用于修复人体周围神经缺损的管式支架材料，该支架材料为多层管式梯度结构复合材料，由管式芯材和多层多孔的外层材料组成，它的基体材料为聚乳酸，壳聚糖或胶原，硫酸软骨素或硫酸肝素，以质量分数为50％-90％聚乳酸为主体材料，添加1％-49％硫酸软骨素或硫酸肝素，添加1％-49t％壳聚糖或胶原组成，所述的聚乳酸的重均分子量为3～50万，壳聚糖的重均分子量2～80万。
本发明所述的用于修复人体周围神经缺损的管式支架材料，具有内部微孔、轴向有多腔道，外部疏松、多层的梯度结构，其外径为3.5～25毫米、长为10～80毫米、轴向排列5～250个内径为40～300微米的腔道。
本发明的用于修复人体周围神经缺损的管式支架材料的制备方法，其制备步骤为：
步骤1、芯材的制备：将聚乳酸溶于有机溶剂乙酸乙酯、或丙酮、或氯仿、或1，4-二氧六环中，注入不锈钢针的模具中，室温干燥至恒重，去模，转入真空烘箱干燥至恒重，浸入乙醇与水体积比为1～5∶1的溶液中去除油脂及杂质，然后用水充分漂洗，得聚乳酸管式多孔支架芯材；
步骤2、胺化反应：将步骤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异丙醇溶液中，进行胺解反应，用去离子水充分漂洗去掉未反应的己二胺或丁二胺或乙二胺，室温真空干燥箱中烘干至恒重；
步骤3、酸化反应：将步骤2胺解的聚乳酸管式多孔支架芯材于室温用0.02摩尔/升盐酸酸化，用高纯水或三蒸水冲洗以去除吸附的盐酸；
步骤4、材料组装：将酸化的聚乳酸管式多孔支架芯材在硫酸软骨索或硫酸肝素溶液中浸泡，以吸附一层硫酸软骨素或硫酸肝素，并使表面带负电荷，用含0.5摩尔/升NaCl的高纯水或三蒸水冲洗，去除多余硫酸软骨素或硫酸肝素；然后将其浸入到含壳聚糖或胶原乙酸溶液中浸泡，使其表面吸附一层带正电荷的壳聚糖或胶原，先用质量浓度为0.6％的乙酸溶液冲洗，再用含NaCl为0.2摩尔/升的高纯水或三蒸水冲洗，以除多余的壳聚糖或胶原；重复上述步骤5～8次，制备出多层结构的管式多孔支架复合物；
步骤5、将步骤4得到的管式多孔支架复合物浸入液氮迅速深度冷冻，真空冷冻干燥，即得到具有内部微孔、轴向有多腔道，外部疏松、多层的、梯度结构的用于修复人体周围神经缺损的管式支架材料，其管式支架材料外径3.5～10毫米，长10～30毫米，轴向排列5～250个内径为40～300微米的腔道。
所述的制备步骤1中的聚乳酸在有机溶剂中的浓度为0.01-0.5克/毫升
所述的制备步骤2中胺解反应用的己二胺或丁二胺或乙二胺的异丙醇溶液浓度为0.07克/毫升-0.1克/毫升。
所述的制备步骤2中胺解反应的温度为35-39℃，反应时间为15-120分钟。
所述的制备步骤3中盐酸酸化时间为30-60分钟。
所述的制备步骤4中的硫酸软骨素或硫酸肝素溶液为含硫酸软骨素或硫酸肝素2-50毫克/毫升的NaCl溶液，其中NaCl溶液的浓度为0.5摩尔/升。
所述的制备步骤4中的壳聚糖或胶原乙酸溶液为含壳聚糖或胶原2-50毫克/毫升的乙酸溶液，其中乙酸的质量浓度为1％～5％。
所述的制备步骤4中在壳聚糖或胶原的乙酸溶液浸泡时间为30-60分钟。
本发明的材料选择具有良好生物相容性、生物可降解性和生物诱导性，已在国内外广泛使用的生物医用材料。该导管结构利于受损神经有效地从近端向远端生长，最终达到周围神经修复的目的。
附图说明
图1人工神经复合导管结构示意图
图2支架材料致密结构形貌(SEM)
图3支架材料疏松结构形貌(SEM)
图4支架材料疏松结构形貌AFM
具体实施方式
实验所需主要材料和仪器
壳聚糖(不同脱乙酰度)、胶原、聚乳酸(不同分子量)、硫酸软骨素(CS)、硫酸肝素、己二胺、丁二胺、乙二胺、1，4-二氧六环、NaCl、盐酸、磁力搅拌器；付里叶变换红外光谱仪，型号：Nexus，美国热电尼高力公司、D/MAX-IIIA型x射线衍射仪(日本理学Rikagu)等、FD-80型真空冷冻干燥机(北京博医康仪器厂)、数码相机、真空干燥箱。
实施例1.制备用于修复人体周围神经缺损的多层管式梯度结构复合材料.
1、支架材料的制备
①芯材的制备：将2克重均分子量为3万的聚乳酸溶于10毫升乙酸乙酯中，注入不锈钢针的模具中，于25℃干燥24小时，去模，转入30℃真空烘箱中干燥至恒重，浸入1∶1的乙醇-水溶中去除油脂及杂质，用去离子水充分漂洗；
②胺化反应：将上述芯材浸入0.08克/毫升的己二胺-异丙醇中，35℃反应20分钟，用去离子水充分漂洗去掉未反应的己二胺，20℃真空干燥箱中烘干至恒重；
③酸化反应：将胺解聚乳酸芯材于室温下在0.02摩尔/升盐酸溶液中酸化20分钟，用大量三蒸水冲洗以去除吸附的盐酸；
④材料组装：将酸化芯材在含硫酸软骨素2毫克/毫升的NaCl溶液中浸泡30分钟以吸附一层硫酸软骨素，其NaCl水溶液浓度为0.5摩尔/升并使表面带上负电，用含0.5摩尔/升NaCl的三蒸水冲洗3次以去除多余硫酸软骨素.然后浸入到2毫克/毫升的重均分子量为2万的壳聚糖的2％乙酸溶液中浸泡30分钟，使聚乳酸表面吸附一层带正电的壳聚糖；先用质量浓度为0.6％的乙酸溶液洗，再用含0.2摩尔/升NaCl的三蒸水冲洗去除多余的壳聚糖；
⑤组装双层神经导管：重复上述步骤，可制备理想层数的硫酸软骨素-壳聚糖多层膜，液氮深度冷冻，去掉模具，冷冻干燥，即得人工神经复合导管。
2.、支架材料的组成、性能和形貌测试
利用付里叶变换红外光谱仪(型号：Nexus)，美国维易科扫描探针显微镜(SPM，DINanoscope IV型)(原子力显微镜，AFM)、三维视频显微系统观察形貌及日立S-450型扫描电镜观察导管形貌。体外实验是将样品置于磷酸缓冲溶液中，测定导管的溶胀性和降解性，pH的变化情况。
扫描电镜图如图2、3，原子力显微镜照片如图4。
扫描电镜观察支架材料表面分布均匀、连通的较大孔隙、横断面呈均匀多层结构。材料内部分布微孔、腔道轴向排列。
该材料植入体内1～3月观察，植入1个月材料开始降解，植入2个月材料明显降解，植入3个月材料大部分降解。体外实验观察，材料在15天发生溶胀、2个月外形完整，溶液pH值变化微小。
实施例2.制备用于修复人体周围神经缺损的多层管式梯度结构复合材料
1、.支架材料的制备
①芯材的制备：将5克重均分子量为50万的聚乳酸溶于10毫升1，4-二氧六环中，注入带不锈钢针的模具中，于25℃干燥24小时，去模，转入30℃真空烘箱中干燥至恒重，浸入1∶1的乙醇-水溶中去除油脂及杂质，用去离子水充分漂洗；
②胺化反应：将上述芯材浸入0.09克/毫升的己二胺-异丙醇中，39℃反应15分钟，用去离子水充分漂洗去掉未反应的己二胺，20℃真空干燥箱中烘干至恒重；
③酸化反应：将胺解聚乳酸芯材于室温下在0.02摩尔/升盐酸溶液中酸化30分钟，用大量三蒸水冲洗以去除吸附的盐酸；
④材料组装：将酸化芯材在含硫酸软骨素5毫克/毫升的NaCl溶液中浸泡15分钟以吸附一层硫酸软骨素，其NaCl水溶液浓度为0.5摩尔/升并使表面带上负电，用含0.5摩尔/升NaCl的三蒸水冲洗3次以去除多余硫酸软骨素.然后浸入到含胶原5毫克/毫升2％的乙酸溶液中浸泡15分钟，使聚乳酸表面吸附一层带正电的胶原；先用质量浓度为0.6％的乙酸溶液洗，再用含0.2摩尔/升NaCl的三蒸水冲洗去除多余的胶原；
⑤组装双层神经导管：重复上述步骤，可制备理想层数的硫酸软骨素-胶原多层膜，液氮深度冷冻，去掉模具，冷冻干燥，即得人工神经复合导管。
2.、支架材料的组成、性能和形貌测试
测试方法同实施例1，扫描电镜观察支架材料表面分布均匀、连通的较大孔隙、横断面呈均匀多层结构。材料内部分布微孔、腔道轴向排列。
该材料植入体内1～3月观察，植入1个月材料开始降解，植入2个月材料明显降解，植入3个月材料大部分降解。体外实验观察，材料在15天发生溶胀、2个月外形完整，溶液pH值变化微小。
实施例3.制备用于修复人体周围神经缺损的多层管式梯度结构复合材料
1、支架材料的制备
①芯材的制备：将2克重均分子量为10万的聚乳酸溶于10毫升丙酮中，注入带不锈钢针的模具中，于25℃干燥24小时，去模，转入30℃真空烘箱中干燥至恒重，浸入1∶1的乙醇-水溶中去除油脂及杂质，用去离子水充分漂洗；
②胺化反应：将上述芯材浸入0.1克/毫升的乙二胺-异丙醇中，35℃反应20分钟，用去离子水充分漂洗去掉未反应的7二胺，20℃真空干燥箱中烘干至恒重；
③酸化反应：将胺解聚乳酸芯材于室温下在0.02摩尔/升盐酸溶液中酸化20分钟，用大量三蒸水冲洗以去除吸附的盐酸；
④材料组装：将酸化芯材在含硫酸肝素2毫克/毫升的NaCl溶液中浸泡30分钟以吸附一层硫酸肝素，其NaCl水溶液浓度为0.5摩尔/升并使表面带上负电，用含0.5摩尔/升NaCl的三蒸水冲洗3次以去除多余硫酸肝素.然后浸入到含胶原2毫克/毫升1％的乙酸溶液中浸泡30分钟，使聚乳酸表面吸附一层带正电的胶原；先用质量浓度为0.6％的乙酸溶液洗，再用含0.2摩尔/升NaCl的三蒸水冲洗去除多余的胶原；
⑤组装双层神经导管：重复上述步骤，可制备理想层数的硫酸肝素-胶原多层膜，液氮深度冷冻，去掉模具，冷冻干燥，即得人工神经复合导管。
2.、支架材料的组成、性能和形貌测试
测试方法同实施例1，扫描电镜观察支架材料表面分布均匀、连通的较大孔隙、横断面呈均匀多层结构。材料内部分布微孔、腔道轴向排列。
该材料植入体内1～3月观察，植入1个月材料开始降解，植入2个月材料明显降解，植入3个月材料大部分降解。体外实验观察，材料在15天发生溶胀、2个月外形完整，溶液pH值变化微小。

Claims (10)

1.一种用于修复人体周围神经缺损的管式支架材料，其特征在于，该支架材料为多层管式结构复合材料，由管式芯材和多层多孔的外层材料组成，它的基体材料为聚乳酸，壳聚糖或胶原，硫酸软骨素或硫酸肝素，以质量分数为50％-90％聚乳酸，1％-49％硫酸软骨素或1％-49％硫酸肝素，1％-49％壳聚糖或1％-49％胶原组成，芯材为聚乳酸，外层为自芯材起一层硫酸软骨素或硫酸肝素，一层壳聚糖或胶原相交替的多层，所述的聚乳酸的重均分子量为3～50万，壳聚糖的重均分子量2～80万。
2.如权利1所述的用于修复人体周围神经缺损的管式支架材料，其特征在于，其外径为3.5～25毫米、长为10～80毫米、轴向排列5～250个内径为40～300微米的腔道，具有内部微孔、轴向有多腔道的多层结构。
3、权利要求1所述的用于修复人体周围神经缺损的管式支架材料的制备方法，其特征在于，制备步骤为：
步骤1、芯材的制备：将聚乳酸溶于有机溶剂乙酸乙酯、或丙酮、或氯仿、或1，4-二氧六环中，注入带不锈钢针的模具中，室温干燥至恒重，去模，转入真空烘箱干燥至恒重，浸入乙醇与水体积比为1-5∶1的溶液中去除油脂及杂质，然后用水充分漂洗，得聚乳酸管式多孔支架芯材；
步骤2、胺化反应：将步骤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异丙醇溶液中，进行胺解反应，用去离子水充分漂洗去掉未反应的己二胺或丁二胺或乙二胺，室温真空干燥箱中烘干至恒重；
步骤3、酸化反应：将步骤2胺解的聚乳酸管式多孔支架芯材于室温用0.02摩尔/升盐酸酸化，用高纯水或三蒸水冲洗以去除吸附的盐酸；
步骤4、材料组装：将酸化的聚乳酸管式多孔支架芯材在硫酸软骨素或硫酸肝素溶液中浸泡，以吸附一层硫酸软骨素或硫酸肝素，并使表面带负电荷，用含0.5摩尔/升NaCl的高纯水或三蒸水冲洗，去除多余硫酸软骨素或硫酸肝素；然后将其浸入到含壳聚糖或胶原的乙酸溶液中浸泡，使其表面吸附一层带正电荷的壳聚糖或胶原，先用质量浓度为0.6％的乙酸溶液冲洗，再用含NaCl为0.2摩尔/升的高纯水或三蒸水冲洗，以除多余的壳聚糖或胶原；重复上述步骤5～8次，制备出多层结构的管式多孔支架复合物；
步骤5、将步骤4得到的管式多孔支架复合物浸入液氮迅速深度冷冻，真空冷冻干燥，即得到具有内部微孔、轴向有多腔道，多层结构的用于修复人体周围神经缺损的管式支架材料，其管式支架材料外径3.5～10毫米，长10～30毫米，轴向排列5～250个内径为40～300微米的腔道。
4、如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的聚乳酸在有机溶剂中的浓度为0.01～0.5克/毫升。
5、如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中胺解反应用的己二胺或丁二胺或乙二胺的异丙醇溶液浓度为0.07克/毫升～0.1克/毫升。
6、如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中胺解反应的温度为35-39℃，反应时间为15-120分钟。
7、如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的盐酸酸化时间为30-60分钟。
8、如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的硫酸软骨素或硫酸肝素溶液为含硫酸软骨素或硫酸肝素2-50毫克/毫升的NaCl溶液，其中NaCl溶液的浓度为0.5摩尔/升。
9、如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的壳聚糖或胶原的乙酸溶液为含壳聚糖或胶原2-50毫克/毫升的乙酸溶液，其中乙酸的质量浓度为1％～5％。
10、如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中在壳聚糖或胶原的乙酸溶液浸泡时间为30-60分钟。
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