CN101559238A

CN101559238A - 一种制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法

Info

Publication number: CN101559238A
Application number: CN 200910022612
Authority: CN
Inventors: 范代娣; 朱晨辉; 马晓轩; 米钰; 骆艳娥; 马沛; 惠俊峰; 朱晓丽; 李万华; 梁丽华; 陈岚
Original assignee: Northwest University
Current assignee: Northwest University
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2009-10-21

Abstract

本发明公开了一种制备可生物降解组织工程用血管外层支架材料的方法，包括以下步骤：将类人胶原蛋白用蒸馏水溶解成1％～3％的溶液；将壳聚糖用稀酸溶解成0.5％～1.5％的溶液；将上述两种溶液混合均匀，加入质量百分比浓度为20％～50％的戊二醛水溶液，混合搅拌、过滤后真空脱泡；将上述混合液注入管状模具中，4℃交联1－3天后置入－80℃冰箱，冷冻干燥制成血管外层支架材料。与现有技术相比，所制备的支架材料机械性、生物相容性、血液相容性以及免疫相容性优异，该支架材料免疫排异反应更低，而且彻底杜绝了动物胶原蛋白所不可避免的病毒隐患，使用安全性大幅度提高。

Description

一种制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法

技术领域

本发明涉及一种制备可生物降解组织工程用血管外层支架材料的方法，属于生物医用材料领域。

背景技术

血管外层支架材料的制作是血管组织工程领域中非常关键的一个环节。作为血管壁外层细胞种植的支架，应具有良好的生物相容性、生物可降解性，良好的形态结构以及适当的机械强度，利于成纤维细胞的黏附、增殖、分化，使细胞在支架空间内有序分布、排列，从而与种植细胞及细胞外基质形成具有血管壁外层结构和功能的组织。

胶原蛋白是动物体内含量最多、分布最广的蛋白质，是机体的主要结构蛋白，是支持组织和结缔组织的主要组分，它具有良好的生物相容性、促新细胞形成功能和细胞粘附性。类人胶原蛋白是将人体已知序列胶原蛋白的一段mRNA逆转录生成cDNA后，经过特定序列重复和修饰，转化于大肠杆菌中，并经过高密度发酵、分离提取及纯化而得，由西安巨子生物基因技术股份有限公司发明并独家生产。它从根本上解决了动物提取胶原蛋白的水不溶性和病毒隐患(疯牛病、猪瘟疫、禽流感)等问题，并且具有良好的生物学特性和功能，促新细胞形成和促上皮细胞、成纤维细胞生长功能相比动物体提取胶原蛋白优良，免疫排异反应低。

甲壳素是从虾、蟹等甲壳类动物的外壳以及菌、藻类低等植物的细胞壁中提取出的天然高分子材料，壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，是自然界中唯一的碱性多糖。它能刺激免疫细胞分泌生长因子、细胞因子，作用于缺损周围细胞使之加快增殖，从而加速移植物与正常组织的融合。近年来的研究表明，壳聚糖具有抑菌、良好的生物相容性和生物可降解性等优异的性能，非常适于作为组织工支架材料的原料。

虽然胶原蛋白和壳聚糖都具有良好的生物相容性，但是单纯用胶原蛋白或者壳聚糖构建的支架材料机械性能较差，降解速率太快，不能满足组织工程的要求，因此必须对他们进行交联和改性，使其具有较高的机械性能以及具有与组织再生相匹配的降解速率。

发明内容

本发明提供了一种可生物降解组织工程用血管支架材料的制备方法，该方法工艺简单，所制备的支架材料机械性、生物相容性、血液相容性以及免疫相容性优异，彻底杜绝了动物胶原蛋白支架材料所不可避免的病毒隐患，使用安全性大幅度提高。

本发明内容如下：

一种制备可生物降解的组织工程用血管内层支架材料的方法，包括以下步骤：

1)将类人胶原蛋白用蒸馏水溶解成1％～3％的溶液；

2)将壳聚糖用稀酸溶解成0.5％～1.5％的溶液；

3)将上述两种溶液混合均匀，加入质量百分比浓度为20％～50％的戊二醛水溶液，混合搅拌、过滤后真空脱泡；

4)将上述混合液注入管状模具中，4℃交联1-3天后置入-80℃冰箱，冷冻干燥制成血管外层支架材料；

5)钴⁶⁰消毒即可。

上述步骤中，所用的类人胶原蛋白为使用基因重组大肠杆菌高密度发酵生产的一种人源型胶原蛋白，该蛋白与人体免疫排异反应更低，促进受损组织修复能力更强，而且不存在病毒隐患。

上述步骤中，所用的壳聚糖的脱乙酰度为50％～90％。

上述步骤中，所用的壳聚糖分子量为400,000～600,000Da。

上述步骤中，类人胶原蛋白和壳聚糖混合过程中质量比为(10～20)∶1，所用的稀酸为稀盐酸、稀醋酸、稀甲酸或稀丙酸中的任意一种。

上述步骤3)中，在类人胶原蛋白和壳聚糖混合溶液中还加入了重量百分比为0.1％～0.5％的增塑剂，增塑剂的重量百分比为增塑剂占类人胶原蛋白和壳聚糖混合溶液的比例，所用的增塑剂为丙三醇或者1.3-丁二醇中的一种或两种。

上述步骤4)中，所用的管状模具内径为5mm，外径为7mm。

本发明提供的可生物降解组织工程用血管支架材料具有适宜的微观结构和空隙率，具有优良的机械强度和可控的降解速率，适于成纤维细胞分化增殖形成血管壁外层结构，可应用于血管组织的修复与重建。与现有技术相比，该支架材料又具有显著的优点：它的免疫排异反应更低，而且彻底杜绝了动物胶原蛋白所不可避免的病毒隐患，使用安全性大幅度提高。

具体实施方式

下面通过具体实施实例对本发明作进一步说明。

实施例1：

将类人胶原蛋白用蒸馏水溶解成1.0％的溶液，将脱乙酰度为60％、分子量为40万道尔顿的壳聚糖用0.5％乙酸溶解成1.0％的溶液，然后将两者按5∶1(质量比)混合，加入溶液总量的0.4％的丙三醇，搅拌均匀后，再加入40μL25％戊二醛水溶液，轻轻搅拌30min，过滤后真空脱泡，注入管状模具中，4℃交联2天后置入-80℃冰箱冷冻5h成型，并于-10℃真空干燥制成血管内层支架，蒸馏水洗涤5次后，重新冷冻干燥成型，钴⁶⁰消毒后备用。

实施例2：

将类人胶原蛋白用蒸馏水溶解成2.0％的溶液，将脱乙酰度为70％、分子量为45万道尔顿的壳聚糖用0.5％乙酸溶解成1.5％的溶液，然后将两者按6∶1(质量比)混合，加入溶液总量的0.4％的丙三醇，搅拌均匀后，再加入20μL50％戊二醛水溶液，轻轻搅拌30min，过滤后真空脱泡，注入管状模具中，4℃交联2天后置入-80℃冰箱冷冻5h成型，并于-10℃真空干燥制成血管内层支架，蒸馏水洗涤5次后，重新冷冻干燥成型，钴⁶⁰消毒后备用。

实施例3：

将类人胶原蛋白用蒸馏水溶解成1.0％的溶液，将脱乙酰度为80％、分子量为50万道尔顿的壳聚糖用0.5％乙酸溶解成0.5％的溶液，然后将两者按7∶1(质量比)混合，加入溶液总量的0.4％的1.3-丁二醇，搅拌均匀后，再加入40μL 25％戊二醛水溶液，轻轻搅拌30min，过滤后真空脱泡，注入管状模具中，4℃交联3天后置入-80℃冰箱冷冻5h成型，并于-10℃真空干燥制成血管内层支架，蒸馏水洗涤5次后，重新冷冻干燥成型，钴⁶⁰消毒后备用。

实施例4：

将类人胶原蛋白用蒸馏水溶解成2.0％的溶液，将脱乙酰度为70％、分子量为55万道尔顿的壳聚糖用0.5％稀盐酸溶解成1.0％的溶液，然后将两者按8∶1(质量比)混合，加入溶液总量的0.4％的1.3-丁二醇，搅拌均匀后，再加入40μL 25％戊二醛水溶液，轻轻搅拌30min，过滤后真空脱泡，注入管状模具中，4℃交联2天后置入-80℃冰箱冷冻5h成型，并于-10℃真空干燥制成血管内层支架，蒸馏水洗涤5次后，重新冷冻干燥成型，钴⁶⁰消毒后备用。

实施例5：

将类人胶原蛋白用蒸馏水溶解成2.0％的溶液，将脱乙酰度为70％、分子量为55万道尔顿的壳聚糖用0.5％乙酸溶解成1.0％的溶液，然后将两者按9∶1(质量比)混合，加入溶液总量的0.4％的丙三醇，搅拌均匀后，再加入40μL25％戊二醛水溶液，轻轻搅拌30min，过滤后真空脱泡，注入管状模具中，4℃交联2天后置入-80℃冰箱冷冻5h成型，并于-10℃真空干燥制成血管内层支架，蒸馏水洗涤5次后，重新冷冻干燥成型，钴⁶⁰消毒后备用。

实施例6：

将类人胶原蛋白用蒸馏水溶解成2.0％的溶液，将脱乙酰度为80％、分子量为55万道尔顿的壳聚糖用0.5％稀丙酸溶解成1.0％的溶液，然后将两者按9∶1(质量比)混合，加入溶液总量的0.2％的丙三醇，0.2％的1.3-丁二醇，搅拌均匀后，再加入40μL 25％戊二醛水溶液，轻轻搅拌30min，过滤后真空脱泡，注入管状模具中，4℃交联2天后置入-80℃冰箱冷冻5h成型，并于-10℃真空干燥制成血管内层支架，蒸馏水洗涤5次后，重新冷冻干燥成型，钴⁶⁰消毒后备用。

实施例7：

将类人胶原蛋白用蒸馏水溶解成2.0％的溶液，将脱乙酰度为80％、分子量为55万道尔顿的壳聚糖用0.5％乙酸溶解成1.0％的溶液，然后将两者按8∶1(质量比)混合，加入溶液总量的0.4％的丙三醇，搅拌均匀后，再加入40μL25％戊二醛水溶液，轻轻搅拌30min，过滤后真空脱泡，注入管状模具中，4℃交联2天后置入-80℃冰箱冷冻5h成型，并于-10℃真空干燥制成血管内层支架，蒸馏水洗涤5次后，重新冷冻干燥成型，钴⁶⁰消毒后备用。

实施例8：

将类人胶原蛋白用蒸馏水溶解成1.5％的溶液，将脱乙酰度为70％、分子量为55万道尔顿的壳聚糖用0.8％乙酸溶解成1.5％的溶液，然后将两者按6∶1(质量比)混合，加入溶液总量的0.4％的丙三醇，搅拌均匀后，再加入45μL25％戊二醛水溶液，轻轻搅拌30min，过滤后真空脱泡，注入管状模具中，4℃交联2天后置入-80℃冰箱冷冻5h成型，并于-10℃真空干燥制成血管内层支架，蒸馏水洗涤5次后，重新冷冻干燥成型，钴⁶⁰消毒后备用。

血管外层支架材料性能测试实验

1、支架的机械性能

各种血管支架的拉伸性能由Instron 5565型电子万能实验机检测(纯类人胶原蛋白HLC为对照)。将干样品制成直式片：15mm×6mm(厚200μm)，采用100N载荷传感器，横梁的位移速度为1mm/min，得到样品断裂时的应力与应变并计算出材料的杨氏模量。每种材料平行检测6个样品。以类人胶原蛋白与壳聚糖混合质量比为20∶1的支架材料为实验材料，测试结果表明：该支架具有良好的机械性能，干样品所测应力为309.7±19.7KPa，应变(％)为37.9±3.3，而HLC的应力为216.7±9.1KPa，应变(％)为42.6±3.0。尽管前者的应变由类人胶原蛋白的42.6±3.0％降低为37.9±3.3％，但它的应变仍然超过了以动物胶原为材料的支架(应变仅仅为10％)。

2、生物相容性研究

当类人胶原蛋白与壳聚糖复合时，能更好地促进人静脉成纤维细胞的黏附与增殖，为人静脉成纤维细胞提供了更适于其生长的空间结构与环境。

Claims

1.一种制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将类人胶原蛋白用蒸馏水溶解成1％～3％的溶液；

2)将壳聚糖用稀酸溶解成0.5％～2％的溶液；

3)将上述两种溶液混合均匀，加入戊二醛水溶液，混合搅拌、过滤后真空脱泡；

4)将上述混合液注入管状模具中，4℃交联1-3天后置入-80℃冰箱，冷冻干燥制成血管外层支架材料。

2.根据权利要求1所述制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法，其特征在于：所用的类人胶原蛋白为使用基因重组大肠杆菌高密度发酵生产的一种人源型胶原蛋白。

3.根据权利要求1所述制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法，其特征在于：所用的壳聚糖的脱乙酰度为50％～90％。

4.根据权利要求1所述制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法，其特征在于：所用的壳聚糖分子量为400,000～600,000Da。

5.根据权利要求1所述制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法，其特征在于：所用的稀酸为稀盐酸、稀醋酸、稀甲酸或稀丙酸中的任意一种。

6.根据权利要求1所述制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法，其特征在于：类人胶原蛋白与壳聚糖混合过程中质量比为(10～20)∶1。

7.根据权利要求1所制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法，其特征在于：戊二醛水溶液中戊二醛的质量百分比浓度为20％～50％。

8.根据权利要求1至7任意之一所述制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法，其特征在于：步骤3)中，在类人胶原蛋白和壳聚糖混合溶液中还加入了重量百分比为0.1％～0.5％的增塑剂。

9.根据权利要求8所述制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法，其特征在于：所用的增塑剂为丙三醇或1.3-丁二醇中的一种或两种。

10.根据权利要求1所述制备可生物降解的组织工程用血管外层支架材料的方法，其特征在于：步骤4)中，所用的管状模具内径为5mm，外径为7mm。