CN101219238A - 复合生物可降解合成高分子材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种“复合生物可降解合成高分子材料”，其特征在于：在生物可降解合成高分子材料中添加有卵磷脂，所述卵磷脂的重量百分含量优选0.1～50％。本发明可用于制备治疗心脑血管狭窄的支架和组织工程用的多孔支架。通过复合卵磷脂，能够提高高分子材料的生物相容性，改善其力学特性。

Description

复合生物可降解合成高分子材料

技术领域

本发明涉及一种医用高分子材料，特别是涉及一种复合生物可降解合成高分子材料。

背景技术

对医用高分子材料的基本要求是：组成医用高分子材料的聚合物纯度要高，不含有任何对身心有害的物质；要有优良的生物相容性，即有良好的血液相容性与组织相容性；无毒性，不引起肿瘤或过敏反应，不破坏邻近组织；有稳定的物理、化学性能和良好的力学性能；能经受消毒处理而不变化；成型加工方便，价格低廉。聚乳酸(PLA)、聚乳酸与聚羟基乙酸(PGA)的共聚物(PLGA)、聚乳酸-己内酯的共聚物(PCL)、聚ρ-羟基丁酯(PHB)和聚原酸酯等，是人工合成的可降解高分子材料。其中，聚乳酸具有较好的生物相容性和力学强度，并且已经通过美国FDA批准可以用于植入人体，在医用材料中的应用最为广泛。但是，聚乳酸在很多方面仍不能满足需要。第一，聚乳酸是一种疏水性较强的材料，不利于细胞在材料表面粘附和铺展；第二，聚乳酸的生物相容性无法和胶原、透明质酸等天然生物材料相比，良好的生物相容性直接关系到正常细胞的增殖和组织的形成。第三，聚乳酸的脆性较大(聚ρ-羟基丁酯(PHB)也存在同样问题)，限制了其在人体复杂的力学环境下的应用。虽然，目前有很多研究试图通过加入天然生物材料改善聚乳酸的生物相容性，但是大多数天然生物材料均为水溶性物质，无法和脂溶性聚乳酸通过互溶方式结合，只能通过表面改性和聚乳酸结合，而表面改性很难维持材料长期稳定的生物相容性。而聚乳酸与聚羟基乙酸(PGA)的共聚物(PLGA)、聚乳酸-己内酯的共聚物(PCL)和聚原酸酯等高分子材料脆性虽小，可在不适用聚乳酸高分子材料的情况下替代使用，但同样还存在上述其它缺点。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种复合生物可降解合成高分子材料，能提高合成高分子材料的生物相容性和生物活性，改善其力学特性。

本发明同时还提供该复合生物可降解高分子材料的制备方法。

复合生物可降解合成高分子材料，其特征在于：在生物可降解合成高分子材料中添加有卵磷脂。

所述卵磷脂的重量百分含量为0.1～50％。

所述生物可降解合成高分子材料包括聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚乳酸-己内酯共聚物(PCL)、聚ρ-羟基丁酯(PHB)和聚原酸酯中的一种或其组合。

所述聚乳酸可以是左旋聚乳酸PLLA、右旋聚乳酸PDLA、同时含有左旋和右旋的聚乳酸PDLLA和消旋聚乳酸meso-PLA四种不同形态的聚合物中的一种或其组合。

上述复合生物可降解合成高分子材料的制备方法，将生物可降解合成高分子材料和卵磷脂共溶在脂溶性溶剂中，再将溶剂挥发即可。

所述脂溶性溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷，四氢呋喃或1，4-二氧六环。

所述共溶条件为无水、常温。

所述共溶后溶液的重量体积浓度为1～50g/ml。

复合生物可降解合成高分子材料可以制备成医用组织工程支架。

生物可降解合成高分子材料是一种疏水性较强的高分子材料，该类材料对细胞亲和力弱，要提高其生物相容性，必须使其亲水性能提高。

卵磷脂有广义和狭义之分。狭义的卵磷脂指磷脂酰胆碱，广义的卵磷脂是包括磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)、肌醇磷脂(PI)、丝氨酸磷脂(PS)、等在内的含磷脂类。卵磷脂从加工来源上分为大豆卵磷脂和蛋黄卵磷脂。大豆磷脂或称大豆卵磷脂含有卵磷脂、脑磷脂、心磷脂、磷脂酸(PA)、磷脂酰甘油(PG)、缩醛磷脂、溶血磷脂等。蛋黄磷脂属动物胚胎磷脂，含有大量的胆固醇和甘油三酯及许多人体不可缺少的营养物质和微量元素。

《中药材》2002年第25卷第10期的“卵磷脂的研究进展”一文中，论述了卵磷脂的药理作用及临床应用。文中提到卵磷脂具有“健脑作用”，“保护肝脏、防止脂肪肝和肝硬化”，“降血脂作用和心血管疾病的治疗”，“磷脂类化合物是生物膜神经组织的重要组分，具有增强神经组织的作用，并能调节高级神经活动”。

卵磷脂是具有亲油性和亲水性的双亲分子，同时又是人体细胞膜的重要组成部分，是一种有利于细胞和组织生长的天然生物材料。卵磷脂是脂溶性物质，可与高分子材料通过溶液共溶的方式混合。将卵磷脂与可生物降解高分子共溶在脂溶性溶剂中，形成复合生物可降解合成高分子材料。溶液共溶是在常温和无水的环境下进行的，是一个物理过程，因此能够保持卵磷脂的生物活性。所以本发明复合生物可降解合成高分子材料以生物可降解合成高分子材料为载体，将卵磷脂带入体内，使卵磷脂在体内发挥其药理作用，为卵磷脂的使用开辟了另一种全新的给药方式，同时生物可降解合成高分子材料与卵磷脂形成的复合高分子材料的生物相容性比单纯的生物可降解合成高分子材料有了明显的提高。因为在卵磷脂混合物中主要成分为磷脂酰胆碱，所以广义的卵磷脂和狭义的卵磷脂均能实现上述功能。

卵磷脂的加入量优选为0.1～50％。该脂溶性溶剂可以是二氯甲烷，三氯甲烷，四氢呋喃或1，4-二氧六环等。

生物可降解合成高分子材料包括聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乳酸-己内酯共聚物、聚ρ-羟基丁酯和聚原酸酯中的一种或其组合。其中最常用是聚乳酸，由于乳酸的手性结构，聚乳酸又包括有左旋聚乳酸PLLA、右旋聚乳酸PDLA、同时含有左旋和右旋的聚乳酸PDLLA和消旋聚乳酸meso-PLA四种不同形态的聚合物。

本发明中的复合卵磷脂的生物可降解合成高分子材料，其制备方法为：

1.将生物可降解合成高分子材料与卵磷脂，不分先后次序，共同溶解在脂溶性溶剂中，通过搅拌，使两者达到充分溶解，形成无色或略带黄色的透明溶液，溶液的重量体积浓度为1～50g/ml，其中溶质的重量百分比为，生物可降解合成高分子材料50％～99.9％，卵磷脂0.1～50％。

2.利用相分离、盐析或电纺丝的方法，将上述溶液制成组织工程用的三维多孔支架(scaffold)，支架的孔隙率为10～99％，孔的大小为1~1000μm；或者使溶剂挥发，形成复合物膜，膜的厚度为0.01～5mm，然后用膜制备治疗心脑血管狭窄的支架(stent)。

实验证明，生物可降解合成高分子材料与卵磷脂形成复合材料后，其生物相容性和亲水性有了明显的改善，由于卵磷脂的作用，细胞在复合材料上的粘附和增殖情况明显好于单纯的生物可降解合成高分子材料。

本发明还将常用的聚乳酸高分子材料与复合卵磷脂以后的复合材料作了性能对比实验，结果表明：1..复合卵磷脂后材料的塑性显著增加，纯PLLA的断裂伸长率约为11％，随着卵磷脂含量的增加，材料的断裂伸长率逐渐提高，复合10％卵磷脂时材料的断裂伸长率达到106％；2.复合卵磷脂后材料的亲水性显著提高，纯PLLA的静态水相接触角为62°，含10％卵磷脂的复合材料接触角达到16°。细胞和组织容易在亲水性好的材料上粘附和生长；另外，复合卵磷脂的可降解高分子材料植入人体后，在材料降解的同时，缓慢释放出具有生物活性的卵磷脂，能够促进细胞分化和增殖，并带来对人体有利的药理作用。

此外本发明还将聚乳酸与聚羟基乙酸(PGA)的共聚物(PLGA)、聚乳酸-己内酯的共聚物(PCL)，聚ρ-羟基丁酯(PHB)和聚原酸酯材料与复合卵磷脂以后的复合材料作了性能对比实验。结果表明，PLGA、PCL和聚原酸酯材料与卵磷脂复合之后，生物相容性也有了显著提高；PHB加入卵磷脂后，材料的塑性也明显增加。

附图说明

图1血管平滑肌细胞(VSMCs)在PLGA/卵磷脂复合材料上的粘附和增殖

图2在PCL和含25％卵磷脂复合材料上培养兔膀胱平滑肌细胞的DAPI染色结果。

其中(a，b)为PCL上培养细胞1和7天的结果；(c，d)为含25％卵磷脂复合材料上培养细胞1和7天的结果。(放大倍数：100)

图3肝细胞在聚原酸脂/卵磷脂复合膜材料上的增殖情况

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实验所用原料均为市售。

实施例1：

利用PLLA(15万道尔顿)和卵磷脂(大豆卵磷脂)为原料，将它们共同溶解在二氯甲烷中，形成重量体积浓度为3g/ml的溶液，其中溶质的重量百分比为，高分子材料90％，卵磷脂10％。将溶液倒入平底的玻璃模具中，在室温下使溶剂挥发，形成厚度为0.2mm的复合物膜。将膜切割成宽度为0.2mm的条带，将条带缠绕在直径为4mm的棒上，两端夹紧，放在50℃的烘箱中72小时，得到螺旋形支架。利用专门的植入装置，将螺旋形支架植入心脏冠状动脉，支架能够支撑冠状动脉，使之保持畅通。支架的降解时间为1～2年。

实施例2

利用PLGA(10万道尔顿)和卵磷脂(蛋黄卵磷脂)为原料，将它们共同溶解在1，4-二氧六环中，形成重量体积浓度为6g/ml的溶液，其中溶质的重量百分比为，高分子材料97％，卵磷脂3％。利用电纺丝方法制备管状血管组织工程三维多孔框架。多孔框架孔隙率为90％，纤维直径1～10μm，孔径1～100μm。利用体外细胞培养技术，在多孔材料上体外培养和扩增血管平滑肌细胞和血管内皮细胞，然后将带有血管平滑肌细胞和血管内皮细胞的多孔材料移植到患者的病变或损伤血管部位。在多孔材料降解的同时，释放出卵磷脂，能够促进血管平滑肌细胞和血管内皮细胞的分化和增殖，从而生成新的自体血管。复合多孔材料的降解时间为3～6个月。

实施例3

利用PCL(10万道尔顿)和卵磷脂(蛋黄卵磷脂)为原料，将它们共同溶解在1，4-二氧六环中，形成重量体积浓度为10g/ml的溶液，其中溶质的重量百分比为，高分子材料75％，卵磷脂25％。利用冻干法制备组织工程三维多孔框架：溶液搅拌24小时后，倒入聚四氟乙烯模具中降温、成型，0℃冰冻保存12小时，然后放入冻干机内进行冰冻干燥48小时，除去1，4-二氧六环，得到组织工程三维多孔框架。框架的孔隙率为85％，孔径为10～300μm。利用体外细胞培养技术，在多孔材料上体外培养和扩增膀胱平滑肌细胞，然后将带有膀胱平滑肌细胞的多孔材料移植到患者的膀胱缺损部位。在多孔材料降解的同时，释放出卵磷脂，能够促进膀胱平滑肌细胞的分化和增殖，从而修复膀胱缺损，复合多孔材料的降解时间为3～6个月。

实施例4

利用聚原酸脂和卵磷脂(大豆卵磷脂)为原料，将它们共同溶解在1，4-二氧六环中，形成重量体积浓度为1g/ml的溶液，其中溶质的重量百分比为，高分子材料99.9％，卵磷脂0.1％。将溶液倒入特制的模具中，利用盐析的方法，制备成三维多孔材料。多孔材料的孔隙率为90％，孔径为50～500μm。提取肝脏缺损患者的肝细胞，利用体外细胞培养技术，在多孔材料上培养和扩增肝细胞，然后将带有肝细胞的多孔材料移植到患者的肝脏缺损部位。在多孔材料降解的同时，释放出卵磷脂，能够诱导肝细胞的分化和增殖，从而修复肝脏缺损，缺损肝脏修复较纯聚原酸脂快很多，复合多孔材料的降解时间为0.5～1年。

实施例5

利用PHB和卵磷脂(蛋黄卵磷脂)为原料，将它们共同溶解在四氢呋喃中，形成重量体积浓度为30g/ml的溶液，其中溶质的重量百分比为，高分子材料50％，卵磷脂50％。将溶液倒入平底的玻璃模具中，在室温下使溶剂挥发，形成厚度为0.1mm的复合物膜。将膜切割成宽度为0.5mm的条带，将条带缠绕在直径为4mm的棒上，两端夹紧，放在50℃的烘箱中72小时，得到螺旋形支架。利用专门的植入装置，将螺旋形支架植入心脏冠状动脉，支架能够支撑冠状动脉，使之保持畅通。支架的降解时间为1～2年。

实验例

实验例1、

将实施例1所制得的复合生物可降解合成高分子材料与单纯的可生物降解材料PLLA做如下项目的性能对比实验。

1.采用了静态水相接触角来表征材料膜的亲水性。材料表面的亲水性越强，其水相接触角越小。

复合卵磷脂后材料的亲水性有了显著的提高。纯PLLA的静态水相接触角为62°，含10％卵磷脂的复合材料接触角达到16°。

2.将样品材料制成膜片，使用万能试验机测试材料的拉伸性(材料的塑性越好，其拉伸断裂伸长率越大)，100N载荷。样品体积50×10×0.2mm，拉伸速度10mm/min。每种样品都作了4个试样，将他们的平均值作为实验结果如表1。

表1

样品	PLLA	试样1	试样2	试样3	试样4
						拉伸断裂伸长率	11％	104％	107％	107％	106％

复合卵磷脂后材料的塑性显著增加，纯PLLA的断裂伸长率约为11％，复合10％卵磷脂时材料的断裂伸长率达到106％。

同时实验证明，随着卵磷脂含量的增加，材料的断裂伸长率逐渐提高。

实验例2

将实施例2所制得的复合生物可降解合成高分子材料与单纯的可生物降解材料PLGA做如下性能对比实验。

将样品材料置于48孔细胞培养板内，用Co60照射(25kGy)消毒灭菌。血管平滑肌细胞VSMCs以2.0×10⁴cells/cm²的密度种在48孔板，培养板各孔内固定了材料，在DMEM中培养1天和4天，将待测样品用磷酸缓冲溶液(PBS)漂洗3次，每个孔加500μl MTT溶液(5mg/ml MTT([3-(4，5-dimethylthiazol-2-yl)-2，5-diphenyltetrazolium bromide]，噻唑盐，0.2-μm滤菌)，37℃孵育4h。然后每个孔的液体被仔细地吸走，每个孔加1ml DMSO，摇晃15min，使蓝紫色结晶物formanzan完全溶解。用酶标检测仪(BM-IV)测试490nm的吸光值，如图1。

MTT比色法是一种检测细胞存活、粘附和增殖的方法，所用的显色剂是一种能接受氢原子的化合物MTT，原理是，活细胞内线粒体琥珀酸脱氢酶能将淡黄色的MTT还原为蓝紫色的结晶formazan，后者的产量与活细胞数成正相关。formazan可用DMSO、无水乙醇或酸化异丙醇等溶解，在酶标仪上以波长490nm进行比色。所检测的材料吸光值OD越大，说明在材料表面粘附和增殖的细胞越多，反应出材料的生物相容性越好。

图1显示，利用MTT方法处理体外细胞培养1天和4天的材料，复合卵磷脂的PLGA材料较纯PLGA的吸光值有显著性增加。

从MTT试验结果可以看出，细胞在复合3％卵磷脂的材料上的粘附和增殖情况显著好于纯PLGA，复合材料的生物相容性比纯PLGA有了明显的提高。

另外，复合卵磷脂的可降解高分子材料植入人体后，在材料降解的同时，缓慢释放出具有生物活性的卵磷脂，能够促进细胞分化和增殖，并带来对人体有利的药理作用。

实验例3

将实施例3所制得的复合生物可降解合成高分子材料与单纯的可生物降解材料PCL做如下性能对比实验。

将PCL和含25％卵磷脂的复合材料三维框架样品分别固定在24孔板内，辐照消毒。取新西兰白兔膀胱平滑肌细胞，以1×105cells/cm2的密度接种在材料上。加入DMEM培养液在37℃，5％CO2孵箱中进行培养。培养1和7天时，使用DAPI(4’，6-diamidino-2-phenylindole)染料对材料上粘附生长细胞的细胞核染色，并在荧光显微镜下观察。如图2。材料的生物相容性越好，在材料表面的粘附和增殖的细胞越多，染色后观察到的细胞也就越多(照片上的亮蓝点为膀胱平滑肌细胞)。

从图2可以看出，第1天时仅有较少的细胞粘附在PCL材料上，而含25％卵磷脂的复合材料上粘附的细胞则明显多于纯PCL材料；第7天时，仅有很少的细胞存在于纯PCL材料上。而含25％卵磷脂的复合材料上增殖的细胞要明显多于纯PCL材料。含卵磷脂的复合材料的生物相容性明显好于纯PCL，这种复合材料更适合用于膀胱组织工程。

实验例4

将实施例4所制得的复合生物可降解合成高分子材料与单纯的可生物降解材料聚原酸脂做如下性能对比实验。

将样品材料置于48孔细胞培养板内，用Co60照射(25kGy)消毒灭菌。肝细胞以1.0×10⁵cells/cm²的密度种在48孔板，培养板各孔内固定了材料，在DMEM中培养2，4和6天，将待测样品用磷酸缓冲溶液(PBS)漂洗3次，每个孔加500μl MTT溶液(5mg/ml MTT([3-(4，5-dimethylthiazol-2-yl)-2，5-diphenyltetrazolium bromide]，噻唑盐，0.2-μm滤菌)，37℃孵育4h。然后每个孔的液体被仔细地吸走，每个孔加1ml DMSO，摇晃15min，使蓝紫色结晶物formanzan完全溶解。用酶标检测仪(BM-IV)测试490nm的吸光值，如图3。所检测的材料吸光值OD越大，说明在材料表面增殖的细胞越多，反应出材料的生物相容性越好。

从MTT试验结果(图3)可以看出，肝细胞在复合0.1％卵磷脂的材料上的粘附和增殖情况显著好于纯聚原酸脂，复合材料的生物相容性比纯聚原酸脂有了明显的提高。

实验例5

将实施例5所制得的复合生物可降解合成高分子材料与单纯的可生物降解材料PHB做如下性能对比实验。

将样品材料制成膜片，使用万能试验机测试材料的拉伸性，100N载荷。样品体积50×10×0.2mm，拉伸速度10mm/min。每种样品都作了4个试样，将他们的平均值作为实验结果(见表2)。材料的塑性越好，其拉伸断裂伸长率越大。

表2

样品	PHB	试样1	试样2	试样3	试样4
						拉伸断裂伸长率	5％	172％	176％	174％	179％

复合卵磷脂后材料的塑性显著增加，纯PHB的断裂伸长率约为5％，复合50％卵磷脂时材料的断裂伸长率达到176％。

结论：生物可降解合成高分子材料与卵磷脂形成复合材料后，其生物相容性和亲水性有了明显的改善，由于卵磷脂的作用，细胞在复合材料上的粘附和增殖情况明显好于单纯的生物可降解合成高分子材料。同时在复合卵磷脂后，PLA和PHB的塑性得到了改进，随着卵磷脂含量的增加，复合材料塑性增大。

Claims (9)

1.复合生物可降解合成高分子材料，其特征在于：在生物可降解合成高分子材料中添加有卵磷脂。

2.根据权利要求1所述的复合生物可降解合成高分子材料，所述卵磷脂的重量百分含量为0.1～50％。

3.根据权利要求1所述的复合生物可降解合成高分子材料，所述生物可降解合成高分子材料包括聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乳酸-己内酯共聚物、聚ρ-羟基丁酯和聚原酸酯中的一种或其组合。

4.根据权利要求3所述的复合生物可降解合成高分子材料，所述聚乳酸可以是左旋聚乳酸、右旋聚乳酸、同时含有左旋和右旋的聚乳酸和消旋聚乳酸四种不同形态的聚合物中的一种或其组合。

5.权利要求1所述的复合生物可降解合成高分子材料的制备方法，将生物可降解合成高分子材料和卵磷脂共溶在脂溶性溶剂中，将脂溶性溶剂挥发即可。

6.根据权利要求5所述的复合生物可降解合成高分子材料的制备方法，所述脂溶性溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃或1，4-二氧六环。

7.根据权利要求5所述的复合生物可降解合成高分子材料的制备方法，所述共溶条件为无水、常温。

8.根据权利要求5所述的复合生物可降解合成高分子材料的制备方法，所述共溶后溶液的重量体积浓度为1～50g/ml。

9.权利要求1所述的复合生物可降解合成高分子材料制成的医用组织工程支架。

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