CN101507843A

CN101507843A - 多用途外科生物补片材料

Info

Publication number: CN101507843A
Application number: CNA2009101034184A
Authority: CN
Inventors: 应大君; 陆海; 蒋波; 陈卫军
Original assignee: Third Military Medical University TMMU
Current assignee: Third Military Medical University TMMU
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2029-03-20
Also published as: CN101507843B

Abstract

本发明涉及一种可在多种外科手术中用于修补缺损组织或器官的生物补片材料。其特征是：由胶原蛋白或/和丝素蛋白，与聚乳酸或/和聚己内酯，按质量百分比配制成组合物，利用静电纺丝技术制备。本发明获得的生物补片材料具有良好的生物力学性能和生物相容性，制备简便，成本低，可制成任意规格，在体内可重塑、可降解，可用于多种外科修补手术。

Description

多用途外科生物补片材料

技术领域

本发明属生物医学材料，具体涉及一种可在多种外科手术中用于修补缺损组织或器官的生物补片材料。

背景技术

随着外科医学的发展，多种外科手术中经常需要使用修补材料。如小儿先天性心脏病中室间隔缺损和房间隔缺损的修补，心包的修补，血管的修补，疝气的无张力修补，胸膜和腹膜缺损的修补，硬脑膜缺损的修补和膀胱的修补等。自身材料是最理想的，但体内能提供的材料非常有限。而目前使用的人工合成高分子材料如涤纶、碳纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等，虽近期效果较让人满意，但普遍存在缺乏生长、塑形潜能，吻合口内膜增生、钙化和血栓形成，潜在感染可能等问题，限制了它们在临床的应用。

近年来，人们发现由静电纺丝制得的纤维直径可达到纳米级。这一独特优势使静电纺丝的研究热点转移到功能材料的开发上，电纺纳米纤维为外科补片的制备提供了一个全新的研究方向，电纺纳米纤维支架在一定程度上已经能够模仿天然胞外基质的结构。目前应用于电纺材料的高分子化合物可分为：天然高分子和合成高分子。天然高分子有胶原蛋白、丝素蛋白和弹性蛋白等。胶原蛋白和弹力蛋白具有出色的生物相容性和生物活性，但其机械强度难以满足细胞培养的需要。丝素蛋白的强度、韧性和弹性都得到普遍认同，其主要限制因素是来源较少。合成高分子有聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚环氧乙烷(PEO)、聚已内酯(PCL)和聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)等，它们具有强度高，机械性能好，易于电纺和加工成型等优点，但其生物相容性相对较差。

因此，目前所使用的以单一天然高分子或合成高分子为原料制成的电纺纤维片，在应用于外科修补手术时，仍不能同时满足生物力学强度和生物相容性的需要。

发明内容

针对现有生物补片材料存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有良好生物力学性能和生物相容性的外科生物补片，且采用生产工艺简单，可制成各种规格，满足临床多种外科修补手术的需要。

为实现上述目的，本发明首先经过大量生物力学测试，细胞培养实验和动物皮下埋植实验，筛选出了几种适合作为外科补片材料的天然高分子和合成高分子材料。通过结合各自优势：天然高分子材料具有良好的生物相容性，而合成高分子材料机械性能好，易于电纺；将两类高分子材料进行混合配比，利用静电纺丝技术制备出一种模拟天然细胞外基质结构，并具备良好生物力学性能和生物相容性的外科生物补片。

因此，本发明采用这样的技术方案，即一种多用途外科生物补片材料的制备，其特征是：采用如下方法制备：

1.由胶原蛋白或/和丝素蛋白，与聚乳酸(PLA)或/和聚已内酯(PCL)，按质量百分比配制成组合物，其中，胶原蛋白为0或10～30％，丝素蛋白为0或10～30％，聚乳酸为0或40～80％，聚已内酯为0或10～40％；

2、将步骤1获得的组合物溶于六氟异丙醇(HFIP)中，微热搅拌至完全溶解，制备成电纺丝溶液；

3.将步骤2制备成的电纺丝溶液装入电纺装置的给药针管内进行静电纺丝，制成孔隙率为85-90％左右的片状材料；

4.将步骤3获得的补片材料干燥后反复浸渍于0.1M磷酸盐缓冲液(PBS)中去除可能残留的溶剂六氟异丙醇(HFIP)。

所述胶原蛋白和丝素蛋白筛选自天然高分子材料，经国家食品药品监督管理局认证无免疫原性。

所述聚乳酸(PLA)和聚已内酯(PCL)筛选自合成高分子。

所述的溶剂六氟异丙醇(HFIP)易与水和许多有机试剂互溶，可通过浸渍法去除。

本发明的有益效果是：成功的解决了目前外科生物补片力学性能和生物相容性较差的难题。与现有补片材料相比具有以下特点：

1.本发明的电纺原料结合了天然高分子和合成高分子的各自优势，可通过调节原料的组成比例来控制材料的降解和吸收速率，制成的补片材料具有突出的生物力学特性和良好的生物相容性。胶原是细胞外基质的主要成分，并可在生理条件下自组装形成凝胶，同时胶原的三维空间结构具有一定的强度。用于构建生物补片的胶原蛋白，在保持胶原蛋白三螺旋结构的同时去除了其抗原短肽，在人体内无免疫原性。丝素蛋白是一种源于蚕丝的天然高分子蛋白质，由十八种氨基酸组成，与人体组织的氨基酸构成相近，具有良好的生物相容性和降解性，在一定条件下有优异的机械性能。所使用的合成高分子材料不仅具备突出的生物力学性能还具备优良的生物相容性和降解性。所使用的溶剂六氟异丙醇(HFIP)易与水和许多有机试剂互溶，可通过浸渍法去除。

2.利用以上原料制得的补片无毒性，不对机体产生危害，可被大规模化生产，可设计成各种规格，并在生物力学性能、功能适应性、生物相容性、理化性能、生物降解性和造价等方面优于现有补片材料。

具体实施方式

本发明的上述技术方案可以通过以下非限定性的实施例进一步说明。

实施例1：

1.按质量百分比将胶原蛋白10％、丝素蛋白10％、聚乳酸(PLA)70％、聚已内酯(PCL)10％，混合溶于六氟异丙醇(HFIP)中，微热搅拌至完全溶解，制成质量体积比为5％浓度的电纺液；

2.将配制成的电纺液装于电纺丝装置的给药针管内制成孔隙率为85-90％，厚度为0.8-1.2mm的片状材料；

3.将上述片状材料干燥后反复浸渍于0.1M磷酸盐缓冲液(PBS)中去除可能残留的溶剂六氟异丙醇(HFIP)即得本发明的外科补片材料。

实施例2：

1.按质量百分比将胶原蛋白30％、丝素蛋白10％和聚乳酸(PLA)60％混合溶于六氟异丙醇(HFIP)中，微热搅拌至完全溶解，制成质量比为5％浓度的电纺液；

实施例3：

1.按质量百分比将胶原蛋白20％、丝素蛋白30％和聚已内酯(PCL)50％，混合溶于六氟异丙醇(HFIP)中，微热搅拌至完全溶解，制成质量比为5％浓度的电纺液；

实施例4：

1.按质量百分比将胶原蛋白20％、聚乳酸(PLA)50％、聚已内酯(PCL)30％，混合溶于六氟异丙醇(HFIP)中，微热搅拌至完全溶解，制成质量比为5％浓度的电纺液；

实施例5：

1.按质量百分比将丝素蛋白30％、聚乳酸(PLA)60％、聚已内酯(PCL)10％，混合溶于六氟异丙醇(HFIP)中，微热搅拌至完全溶解，制成质量比为5％浓度的电纺液；

实施例6：

1.按质量百分比将胶原蛋白20％、聚乳酸(PLA)80％混合溶于六氟异丙醇(HFIP)中，微热搅拌至完全溶解，制成质量比为5％浓度的电纺液；

实施例7：

1.按质量百分比将胶原蛋白40％、聚已内酯(PCL)60％混合溶于六氟异丙醇(HFIP)中，微热搅拌至完全溶解，制成质量比为5％浓度的电纺液；

实施例8：

1.按质量百分比将胶原蛋白占40％、聚已内酯(PCL)60％混合溶于六氟异丙醇(HFIP)中，微热搅拌至完全溶解，制成质量比为5％浓度的电纺液；

实施例9：

1.按质量百分比将丝素蛋白占30％、聚乳酸(PLA)70％混合溶于六氟异丙醇(HFIP)中，微热搅拌至完全溶解，制成质量比为5％浓度的电纺液；

3.将上述片状材料干燥后反复浸渍于磷酸盐缓冲液(PBS)中去除可能残留的溶剂六氟异丙醇(HFIP)即得本发明的外科补片材料。

在上述9个实施例的步骤2中，静电纺丝过程中的给药针管管口的电势为30KV，管口与收集器之间的距离为10cm，给药的推进速度为3ml/h。所述静电丝的直径可以达到纳米级，通过对给药针管位移的控制，即可在收集器上获得孔隙率高、纤维精细程度高、比表面积大、均一性好的补片材料。

实施例10：

1.将以上实施例中制成的外科补片材料用于室间隔缺损动物模型的修补手术(犬8只)；

2.术后15天、1、3、6个月分别处死动物，进行大体解剖、光镜及电镜观察；

3.结果：8只犬均存活至观察终点，超声心动图随访无残余分流，生长发育无异常，无严重并发症发生，1-6个月的大体解剖可见室间隔修补材料表面被厚度不等的半透明、光滑的新生组织所覆盖，材料与室间隔组织结合紧密，光镜及扫描电镜检查证实为内皮细胞、纤维组织。各重要脏器无血栓栓塞及其它异常表现。

Claims

1.一种多用途外科生物补片材料，其特征是：采用如下方法制备：

(1)、由胶原蛋白或/和丝素蛋白，与聚乳酸或/和聚己内酯，按质量百分比配制成组合物，其中，胶原蛋白为0或10～40％，丝素蛋白为0或10～40％，聚乳酸为0或40～80％，聚己内酯为0或10～60％；

(2)、将步骤(1)获得的组合物溶于六氟异丙醇中，微热搅拌至完全溶解，制成质量体积比为5％浓度的电纺液；

(3)、将步骤(2)制备成的电纺丝溶液装入电纺装置的给药针管内进行静电纺丝，制成孔隙率为85-90％，厚度为0.8-1.2mm的片状材料；

(4)、将步骤(3)获得的补片材料干燥后反复浸渍于0.1M磷酸盐缓冲液(PBS)中去除残留的溶剂六氟异丙醇。

2、根据权利要求1所述的多用途外科生物补片材料，其特征是：在步骤(1)中，按质量百分比将胶原蛋白10％、丝素蛋白10％、聚乳酸70％、聚己内酯10％配制成组合物。

3、根据权利要求1所述的多用途外科生物补片材料，其特征是：在步骤(1)中，按质量百分比将胶原蛋白30％、丝素蛋白10％、聚乳酸60％配制成组合物。

4、根据权利要求1所述的多用途外科生物补片材料，其特征是：在步骤(1)中，按质量百分比将胶原蛋白20％、丝素蛋白30％、聚己内酯50％配制成组合物。

5、根据权利要求1所述的多用途外科生物补片材料，其特征是：在步骤(1)中，按质量百分比将胶原蛋白20％、聚乳酸50％、聚己内酯30％配制成组合物。

6、根据权利要求1所述的多用途外科生物补片材料，其特征是：在步骤(1)中，按质量百分比将丝素蛋白30％、聚乳酸60％、聚己内酯10％配制成组合物。

7、根据权利要求1所述的多用途外科生物补片材料，其特征是：在步骤(1)中，按质量百分比将胶原蛋白20％、聚乳酸80％配制成组合物。

8、根据权利要求1所述的多用途外科生物补片材料，其特征是：在步骤(1)中，按质量百分比将胶原蛋白占40％、聚己内酯60％配制成组合物。

9、根据权利要求1所述的多用途外科生物补片材料，其特征是：在步骤(1)中，按质量百分比将丝素蛋白30％、聚乳酸70％配制成组合物。