CN101564552A - 高强度胶原组织修复材料制品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高强度胶原组织修复材料制品的制备方法，该方法对胶原溶液通过盐析、离心、脱水、交联以及干燥的处理步骤，得到了最终的胶原制品。由于该处理方法是通过提高胶原凝胶中胶原固含量以及提高胶原凝胶中的交联密度的方式，使得最终的制品力学性能大幅度提高。同时由于所采用的方法不影响胶原的生物学性能，使得最终胶原制品仍然保持了较好的生物活性。可用于关节软骨、半月板、皮肤的修复治疗以及人工血管、神经导管的构建等。

Description

高强度胶原组织修复材料制品的制备方法

技术领域

本发明涉及一种组织修复替代材料，具体涉及高强度胶原组织修复材料制品的制备方法。

背景技术

随着现代社会的发展，各种原因导致的组织损伤问题越来越多。如由烧伤、烫伤、刀伤、火器伤害等导致的皮肤损伤，交通意外导致的肢体血管、神经损伤，肿瘤切除导致的周围组织的缺失以及由运动损伤、病理损伤导致的关节软骨、半月板的损伤等。引起损伤的原因多种多样，最终导致的结果是人体组织如关节软骨、半月板、皮肤、血管以及神经等结缔组织的损伤。小面积、小范围、低损伤度的组织损伤，人体可以通过对自体组织、细胞的调动自动修复，如皮肤组织能够在一定程度的损伤范围内自愈，神经在损伤程度不高的情况下可以再生对接，这些都是人体组织自愈的表现。但当损伤超过一定的程度后，细胞难以迁移到损伤部位，导致人体组织的这种自我修复的能力不足，如创伤程度过高导致的组织缺损，神经萎缩，关节软骨退变等。此时需要有外部修复材料的介入来引导人体组织的细胞迁移到损伤部位，并让细胞行使组织修复的功能。

组织学的分析表明，胶原蛋白是人体组织最重要的细胞外基质成分。胶原蛋白家族由多种糖蛋白分子组成，基本结构由三条独立的螺旋状蛋白链组合而成，由平滑肌细胞、纤维细胞、成骨细胞等分泌，其含量占肌体总蛋白的30％，是肌体皮肤、肌腱、骨骼及血管组织中细胞外基质的主要成分。

目前已确认的胶原蛋白多达27种，其中I型胶原蛋白约占全部胶原蛋白含量的90％以上，I型胶原蛋白主要集中存在于皮肤、肌腱、软骨、血管等结缔组织中。在上述组织中，I型胶原是构成细胞外基质的骨架结构，能与细胞相互作用同时影响细胞的形态、骨架组装及增殖与分化。通过与细胞外基质的其它组分的相互作用、相互协调，完成细胞与组织正常生理功能整体的一部分。

胶原的提取一般从胶原蛋白含量较为丰富的动物组织或人体组织，如牛、猪、羊的皮肤和肌腱，人的胎盘等组织提取，此外海洋生物也可用于胶原的提取，目前也有利用生物技术从转基因细胞中获取重组人胶原蛋白的方法。

为从组织中获得较高纯度的胶原蛋白用于人体组织的修复治疗，胶原蛋白的提取通常需要采用酶解、沉降、离心以及透析等步骤获得，最终通过冷冻干燥的方法制备出具有一定形状的胶原蛋白生物材料制品。由上述方法制备的胶原蛋白生物材料是通过胶原蛋白溶液的冷冻干燥制备出的，而胶原蛋白溶液由于其在溶液中的溶解度低，溶液中的胶原蛋白含量少，从而制备出的胶原蛋白制品的抗拉、抗压等力学强度较低，虽然可以采用交联的方式，但其最终的力学强度并不会有显著的改善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供高强度胶原组织修复材料制品的制备方法。传统方法只采用冷冻干燥工艺制备胶原制品，本发明为提高胶原制品的力学强度，采用盐析、脱水、冷冻干燥以及交联的工艺制备出一种抗压强度高于传统的胶原制品。

为实现上述目的，本发明公开了一种高强度胶原组织修复材料制品的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将胶原溶液盐析浓缩，得到含有胶原沉淀的溶液；

(2)对步骤(1)得到的溶液进行离心沉淀；

(3)直接将离心沉淀得到的胶原倒入模具中或将离心沉淀得到的胶原经挤压脱水后得到胶原凝胶，再将胶原凝胶倒入模具中；

(4)冷冻干燥12～48小时，得到成型的修复材料制品；

(5)对成型的修复材料制品进行交联；

(6)再次冷冻干燥得到抗压力学强度超过1MPa的胶原组织修复材料制品。

上述制备方法中，步骤(1)所述胶原溶液的浓度为1克/升～20克/升。

上述制备方法中，步骤(2)所述离心的转速为1000-15000转/分。

上述制备方法中，步骤(3)得到的胶原凝胶的含水率为1％～10％(质量)。

上述制备方法中，步骤(3)挤压脱水后得到的胶原凝胶的固含量为40毫克/升～2000毫克/升。

上述制备方法中，步骤(3)所述挤压脱水采用滤膜或滤布作为挤压脱水介质，滤膜孔径为1微米～400微米。

上述制备方法中，步骤(1)采用能够使胶原沉淀的饱和无机盐溶液进行盐析浓缩。

上述制备方法中，所述饱和无机盐溶液中的无机盐为钠盐、钾盐、钙盐或镁盐。

上述制备方法中，步骤(5)所采用的交联溶液为戊二醛溶液、EDC溶液或环氧烷基溶液，交联溶液的质量浓度为0.25％～15％。

上述制备方法中，步骤(4)所述的冷冻干燥的时间为12～48小时，预冻温度0℃以下。

上述方法中，步骤(1)中，在无机盐的作用下，胶原逐渐从胶原溶液中沉淀出来。步骤(3)通过控制挤压压力及时间，得到不同固含量的胶原凝胶，挤压压力可以为1～10MPa。步骤(3)可以直接应用沉淀的胶原或将上述通过挤压脱水后的胶原凝胶倾入模具中，并通过冷冻干燥得到具有一定外形特征的修复材料制品。步骤(4)将具有一定外形特征的修复材料制品放入胶原的交联溶液，如戊二醛、EDC交联溶液、环氧类交联固定溶液等，交联处理一定时间后再经过干燥得到最终的修复材料制品。

本发明由I型胶原制备得到强度高、具有一定孔径、孔隙率的胶原人体组织修复材料。本发明可以大幅提高胶原凝胶内的胶原固含量，使得胶原在冷冻干燥及后期交联过程中的交联密度大幅度提高，从而极大提高胶原修复材料的力学性能。

本发明与现有胶原制品制备工艺比还有如下优点：

发明所采用的工艺步骤与方法不影响胶原本身的分子结构与特性，制备在室温下进行，不采用加热和热压的复杂设备，很好地减少了胶原的变性，并保持了胶原特有的生物活性。同时由于大大的提高了胶原凝胶的凝胶密度，使得干燥后的胶原修复材料与以往未采用该方法得到的修复材料比，单位体积内的胶原固含量明显提高，同时交联密度也大为增强，使得最终的胶原制品具有大大高于以往只通过冷冻干燥法制备出来压缩强度为1～10千帕的胶原制品。

具体实施方式

实施例1

选择的浓度为4克/升的胶原母液与饱和氯化钠溶液混合，不断搅拌，胶原逐渐从胶原溶液中沉淀出来，将上述溶液以10000转/分的转速离心分离后，倾去上清液，收集沉淀物，再挤压脱水，挤压脱水的滤膜孔径为100微米，挤压压力为5MPa，脱水挤压时间为20分钟，最终得到固含量约为80毫克/升的胶原凝胶，将该胶原凝胶倾入模具中，并通过冷冻干燥24小时得到具有一定外形特征的修复材料制品。再将上述制品放入0.25％戊二醛溶液中交联12小时再经过24小时的冷冻干燥得到最终的修复材料制品。该制品的抗压强度约为12MPa。

实施例2

选择的浓度为6克/升的胶原母液与饱和氯化钾溶液混合，不断搅拌，胶原逐渐从胶原溶液中沉淀出来，将上述溶液以15000转/分的转速离心分离后，倾去上清液，收集沉淀物，再挤压脱水，挤压脱水的滤膜孔径为50微米，挤压压力为10MPa，脱水挤压时间为40分钟，最终得到固含量约为120毫克/升的胶原凝胶，将该胶原凝胶倾入模具中，并通过冷冻干燥24小时得到具有一定外形特征的修复材料制品。再将上述制品放入5.5％EDC溶液中交联12小时再经过24小时的冷冻干燥得到最终的修复材料制品。该制品的抗压强度约为20MPa。

实施例3

选择的浓度为2克/升的胶原母液与饱和氯化镁溶液混合，不断搅拌，胶原逐渐从胶原溶液中沉淀出来，将上述溶液以8000转/分的转速离心分离后，倾去上清液，收集沉淀物，再挤压脱水，挤压脱水的滤膜孔径为200微米，挤压压力为1MPa，脱水挤压时间为15分钟，最终得到固含量约为40毫克/升的胶原凝胶，将该胶原凝胶倾入模具中，并通过冷冻干燥24小时得到具有一定外形特征的修复材料制品。再将上述制品放入5.5％EDC溶液中交联12小时再经过24小时的冷冻干燥得到最终的修复材料制品。该制品的抗压强度约为8MPa。

实施例4

选择的浓度为6克/升的胶原母液与饱和氯化钠溶液混合，不断搅拌，胶原逐渐从胶原溶液中沉淀出来，将上述溶液以15000转/分的转速离心分离后，倾去上清液，收集沉淀物，不经过挤压脱水，直接将离心的固含量约为20毫克/升的胶原凝胶倾入模具中，并通过冷冻干燥24小时得到具有一定外形特征的修复材料制品。再将上述制品放入环氧溶液中交联12小时再经过24小时的冷冻干燥得到最终的修复材料制品。该制品的抗压强度约为2MPa。

Claims (11)

1、高强度胶原组织修复材料制品的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将胶原溶液盐析浓缩，得到含有胶原沉淀的悬浮溶液；

(2)对步骤(1)得到的悬浮溶液进行离心，分离沉淀，弃上清液后得到胶原凝胶；

(3)将步骤(2)得到的胶原凝胶加入模具中，或将该凝胶挤压脱水后再加入模具中；

(4)将步骤(3)中得到的样品低温冷冻后进行冷冻干燥，得到成型的修复材料制品；

(5)对成型的修复材料制品进行交联；

(6)再次冷冻干燥得到抗压强度超过1MPa的胶原组织修复材料制品。

2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)所述胶原溶液的浓度为1克/升～20克/升。

3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)所述离心的转速为1000-15000转/分。

4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)通过控制挤压压力及时间，得到不同固含量的胶原凝胶。

5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)挤压脱水后得到的胶原凝胶的含水率为1％～10％(质量)。

6、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)挤压脱水后得到的胶原凝胶的固含量为40毫克/升～2000毫克/升。

7、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)所述挤压脱水采用滤膜或滤布作为挤压脱水介质，滤膜孔径为1微米～400微米。

8、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)采用能够使胶原沉淀的饱和无机盐溶液进行盐析浓缩。

9、根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述饱和无机盐溶液中的无机盐为钠盐、钾盐、钙盐或镁盐。

10、根据权利要求1～9任一项所述的制备方法，其特征在于步骤(5)采用的交联溶液为戊二醛溶液、EDC溶液或环氧烷基溶液，交联溶液的质量浓度为0.25％～15％。

11、根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于步骤(4)、(6)所述的冷冻干燥的时间为12～48小时，预冻温度为0℃以下。