CN101301494A - 一种中枢神经修复用水凝胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中枢神经修复用水凝胶材料及其制备方法，用1～5wt％的聚乙二醇水溶液和浓度为0.1～2wt％的多聚赖氨酸或葡萄球菌蛋白A和纳米氧化铁水溶液混合后，振荡搅拌；加入戊二醛溶液直到戊二醛终浓度为1～4wt％，4℃下反应2～24小时；然后冷冻干燥；清洗，重新冷冻干燥。用本方法制备的神经修复用水凝胶材料，具有良好的生物相容性和可以大范围调节的生物降解性，具有和中枢神经组织相近的流变学特性和力学性能，植入中枢神经以后不会对组织造成二次伤害，适用于神经修复。其制备方法流程简单，成本低，适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种中枢神经组织工程框架材料，特别涉及一种中枢神经修复用的水凝胶材料。
背景技术
组织工程支架材料在神经再生方面所起的作用有以下几点；抑制神经胶质瘢痕的形成：为血管、神经轴突长入提供桥梁；作为生长因子、替代细胞的载体。传统的脑缺损修复材料采用聚丙烯酰胺水凝胶，聚碳酸酯，水溶性凝胶聚乙二醇，N-(2-羟丙基)异丁烯酰胺(HPMA)等，这些材料均在不同程度上促进了轴突的再生，此外还有报道由赖氨酸、丙氨酸、天冬氨酸形成的自制生物支架，这些支架可以具有促进各类神经细胞的粘附、分化和广泛生长的特性，且能促进神经元细胞间的突触形成，但是这些材料的修复效果还不够理想。
神经组织工程支架材料的研究还处于起步阶段。理想的神经组织修复材料除了应具备一般医用材料都应具备的生物相容性、可加工性和可消毒性外，还应具备下述的组成、性能和结构要求：(1)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；(2)应保证神经修复所需的三维空间，使毛细血管和纤维组织可以长入以提供营养的大孔结构；(3)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；(4)应保证神经修复组织电磁场加载：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电场和磁场。
发明内容
本发明的目的在于根据神经组织工程支架材料的特定性能要求，制备出一种疏松多孔、生物相容性好、具备较好的力学稳定性能和良好的磁场加载特性的中枢神经修复用框架材料。
该中枢神经修复用水凝胶材料以聚乙二醇和纳米氧化铁为主要成分，与多聚赖氨酸或葡萄球菌蛋白A(Staphylococal ProteinA，SPA)共聚，交联后的产物冷冻干燥成膜，得到疏松多孔的水凝胶框架材料。该材料具有多孔的网络支架结构，同时具备良好的磁场加载特性。
本发明提出的神经修复用磁性凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
将1～5wt％的聚乙二醇水溶液、浓度为0.1～2wt％分子量为15000～300000Da的多聚赖氨酸或浓度为0.1～2wt％的葡萄球菌蛋白A，和铁元素终浓度为4.2～84μg/ml的纳米氧化铁水溶液混合后，振荡搅拌；加入戊二醛溶液直到戊二醛终浓度为1～4wt％，4℃下反应2～24小时；然后冷冻干燥；清洗除去残留的戊二醛，重新冷冻干燥，得到水凝胶框架材料。
多聚赖氨酸或葡萄球菌蛋白A和纳米氧化铁水溶液混合后，振荡搅拌时间为0.5～2小时。
加入戊二醛溶液进行交联反应后，可以再采用紫外照射0.5～2小时，这样能使交联过程更牢固。
聚乙二醇是国家药品监督管理局批准的临床用药原料和辅料。并聚乙二醇可以促进周围神经修复，被认为是神经黏合剂。可见聚乙二醇适合作为神经组织工程框架材料，用于神经损伤修复。纳米氧化铁是可用于人体的磁共振显像材料，其安全性得到了广泛认可。
本发明制备的中枢神经修复用水凝胶框架材料具有多孔的网络支架结构，大孔平均孔径为100～250μm，小孔平均孔径为5～40μm。同时该材料具备了良好的磁场加载特性，离体试验显示：给予磁性凝胶和PC12细胞共培养材料0.35～0.7高斯电磁场，结果显示细胞稳定、磁场几乎无衰减。
对材料进行力学试验，显示该材料力学性能稳定。当给予材料试验力为28.4N时，变形768μm，应变0.038，应力为0.42Mpa；当试验力为54.7N时，变形990.4μm，应变0.059，应力为1.26Mpa。
用水凝胶材料与PC12细胞混合培养，结果显示当铁元素终浓度为2.1～84μg/mL时，对细胞的活力、生长、分化、功能以及其他生物活性均无不利影响，也无毒性。
用本方法制备的神经修复用水凝胶材料，具有良好的生物相容性和可以大范围调节的生物降解性，具有和中枢神经组织相近的流变学特性和力学性能，植入中枢神经以后不会对组织造成二次伤害，适用于神经修复。其制备方法流程简单，成本低，适合大规模生产。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
实施例1：聚乙二醇纳米氧化铁-D型多聚赖氨酸水凝胶
用戊二醛交联聚乙二醇纳米氧化铁和D型多聚赖氨酸的混合溶液，交联后的产物冷冻干燥成膜。具体制备步骤如下：
(1)试剂配制
a溶液：在25℃下将聚乙二醇溶解到蒸馏水中，得到1wt％的聚乙二醇溶液。
b溶液：在25℃下将D型多聚赖氨酸(分子量为15000Da)包裹纳米氧化铁分散于蒸馏水中，铁元素终浓度为4.2μg/ml，D型多聚赖氨酸终浓度为0.5wt％。将a溶液和b溶液混合，在放置有非铁托盘摇床上振荡30分钟。
(2)交联：加入戊二醛溶液，戊二醛溶液终浓度为1wt％，4℃下反应4小时。
(3)将最终的浆状物倒在玻璃皿中，用封口膜盖住，然后在-20℃下冷冻干燥。
(4)交联的膜在蒸馏水中清洗1小时，以除去残留的戊二醛，清洗后在-20℃下冷冻干燥。
用戊二醛交联结合冷冻干燥技术的方法所制备的聚乙二醇纳米氧化铁-D型多聚赖氨酸水凝胶复合基质具有多孔的网络支架结构，同时具备了良好的磁场加载特性和机械稳定性。
实施例2：聚乙二醇纳米氧化铁-葡萄球菌蛋白A水凝胶
用戊二醛交联聚乙二醇纳米氧化铁和葡萄球菌蛋白A的混合溶液，交联后的产物冷冻干燥成膜。具体制备步骤如下：
(1)试剂配制
a溶液：在25℃下将聚乙二醇溶解到蒸馏水中，得到2wt％的聚乙二醇溶液。
b溶液：在25℃下将葡萄球菌蛋白A包裹纳米氧化铁分散于蒸馏水中，铁元素终浓度为84μg/ml，葡萄球菌蛋白A终浓度为1wt％，将a溶液和b溶液混合，在放置有非铁托盘摇床上振荡30分钟。
(2)交联：加入戊二醛溶液，戊二醛溶液终浓度为2wt％，4℃下反应2小时。
(3)将最终的浆状物倒在玻璃皿中，用封口膜盖住，然后在-20℃下冷冻干燥。
(4)交联的膜在蒸馏水中清洗1小时，以除去残留的戊二醛，清洗后在-20℃下冷冻干燥。
用戊二醛交联结合冷冻干燥技术的方法所制备的聚乙二醇纳米氧化铁-葡萄球菌蛋白A水凝胶复合基质具有多孔的网络支架结构，同时具备了良好的磁场加载特性和机械稳定性。
实施例3：聚乙二醇纳米氧化铁-葡萄球菌蛋白A-神经生长因子(NGF)水凝胶
用戊二醛交联聚乙二醇纳米氧化铁和葡萄球菌蛋白A-神经生长因子(NGF)的混合溶液，交联后的产物冷冻干燥成膜。具体制备步骤如下：
(1)试剂配制
a溶液：在25℃下将聚乙二醇溶解到蒸馏水中，得到5wt％的聚乙二醇溶液。
b溶液：将含有100ng NGF生理盐水1ml和葡萄球菌蛋白A 10ml混合。
c溶液：在25℃下将b溶液包裹纳米氧化铁分散于蒸馏水中；铁元素终浓度为21μg/ml，葡萄球菌蛋白A终浓度为2wt％。将a溶液和c溶液混合，在放置有非铁托盘摇床上振荡2小时。
(2)交联
加入戊二醛溶液，戊二醛溶液终浓度为4wt％，4℃下反应24小时，用紫外照射2小时。
(3)将最终的浆状物倒在玻璃皿中，用封口膜盖住，然后在-20℃下冷冻干燥。
(4)交联的膜在蒸馏水中清洗1小时，以除去残留的戊二醛，清洗后在-20℃下冷冻干燥。
用戊二醛交联结合冷冻干燥技术的方法所制备的聚乙二醇纳米氧化铁-葡萄球菌蛋白A-NGF水凝胶复合基质具有多孔的网络支架结构，同时具备了良好的磁场加载特性和机械稳定性。
Claims (5)
1.一种中枢神经修复用水凝胶材料，其特征在于：具有多孔的网络支架结构，大孔平均孔径为100～250μm，小孔平均孔径为5～40μm，具有磁场加载性，且用下述方法制备：将1～5wt％的聚乙二醇水溶液，浓度为0.1～2wt％的多聚赖氨酸或浓度为0.1～2wt％的葡萄球菌蛋白A，和铁元素终浓度为4.2～84μg/ml的纳米氧化铁水溶液混合后，振荡搅拌；加入戊二醛溶液直到戊二醛终浓度为1～4wt％，4℃下反应2～24小时；然后冷冻干燥；清洗除去残留的戊二醛，重新冷冻干燥，得到水凝胶框架材料。
2.如权利要求1所述的材料，其特征在于：所述多聚赖氨酸为D型多聚赖氨酸，分子量为15000～300000Da。
3.一种中枢神经修复用磁性水凝胶材料的制备方法，包括下述步骤：将1～5wt％的聚乙二醇水溶液，浓度为0.1～2wt％分子量为15000～300000Da的多聚赖氨酸或浓度为0.1～2wt％的金黄葡萄球菌蛋白A，和铁元素终浓度为4.2～84μg/ml的纳米氧化铁水溶液混合后，振荡搅拌；加入戊二醛溶液直到戊二醛终浓度为1～4wt％，4℃下反应2～24小时；然后冷冻干燥；清洗除去残留的戊二醛，重新冷冻干燥，得到水凝胶框架材料。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述多聚赖氨酸或葡萄球菌蛋白A和纳米氧化铁水溶液混合后，振荡搅拌时间为0.5～2小时。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：加入戊二醛溶液进行所述交联反应后，再采用紫外照射0.5～2小时，然后冷冻干燥。
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