CN101695585A

CN101695585A - 一种降解可控的组织工程角膜纤维支架及制备方法

Info

Publication number: CN101695585A
Application number: CN 200910217762
Authority: CN
Inventors: 王洪艳; 颜静; 崔学军; 李俊峰
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: CN101695585B

Abstract

本发明涉及一种降解可控的组织工程角膜纤维支架及制备方法。其基本组分为明胶和脂肪族聚酯。将明胶溶于混合溶剂，配制成明胶溶液，再将脂肪族聚酯溶于明胶溶液中，搅拌均匀，制得混合聚合物纺丝液；经静电纺丝制成有序和无序排列的纤维支架，再经真空干燥，制得降解可控的组织工程角膜纤维支架。采用明胶与脂肪族聚酯复合静电纺丝，无需交联固定，可控制支架的降解速度与角膜细胞生长速度同步。产品透光率达97％，湿态拉伸强度4.91MPa，扯断伸长率956.2％，含水率为154.1％，性能参数与人眼角膜接近，具有良好的生物活性和生物相容性。降解可控、无毒，有利于细胞黏附生长，有一定强度和韧性，制备工艺简单，成本低廉，易于广泛的应用。

Description

一种降解可控的组织工程角膜纤维支架及制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物组织工程中的生物材料，尤其是降解可控的组织工程角膜纤维支架及制备方法。

背景技术

角膜是眼睛的“聚光镜头”，它聚集光线并在眼睛后部的视网膜上成像。如果角膜因疾病、物理伤害等原因肿胀或受损，会导致视力严重减退或失明。由于角膜的内皮细胞不能自动修复，因此角膜移植是目前治疗角膜盲的有效方法。目前普遍采取的治疗方法是同种异体角膜或动物角膜移植，存在供体来源不足，异体间免疫排斥和造成新创伤的问题。因此，制造不会被人体排斥又精密有效的人造角膜是有关研究领域面临的一大挑战，也是世界性的一大难题。

随着组织工程技术的兴起和发展，应用组织工程角膜治疗眼疾病受到极大关注，它有望成为人体角膜移植等效物。组织工程角膜的核心是在体外建立由自体角膜细胞和生物支架材料构成的三维空间复合体，具有角膜的形态和功能，移植到体内以后对病损的角膜达到永久的修复和重建。组织工程中，支架材料不仅决定所修复组织形状大小和为细胞增殖提供场所，更重要的是它有为细胞生长提供营养、进行气体交换和排除废物的重要作用。因此，载体支架材料要求无毒性，可支持细胞生长和促进细胞融合，有良好的组织相容性、可降解性及可重塑性。目前对角膜纤维支架的材料和制作方式进行了广泛研究。Minami等以酸性I型胶原为底物，混合基质细胞，再分别接种角膜内皮和上皮细胞，得到了上皮-基质-内皮复合物。Mimura等将角膜内皮细胞接种到胶原上形成内皮细胞层，然后移植到去除角膜后的弹力层和内皮细胞层的兔角膜后表面，术后观察4周，角膜恢复透明。丁勇等将壳聚糖植入角膜的生物学反应发现与角膜组织具有良好的生物相容性且能自然溶解，并证实壳聚糖可成功对兔角膜缘干组织进行原代培养。商庆新等应用人工合成材料PGA，PLA培养兔角膜内皮细胞，形成单层角膜细胞并在细胞间测得紧密连接，实验发现用兔角膜基质细胞扩增培养接种于PGA，形成细胞生物材料复合物种植于对应的兔角膜基质层，结果显示新生组织胶原纤维直径与正常角膜相似。既往组织工程角膜支架材料有其优点，但都有各的局限性，真正满足组织工程技术需要的支架材料不多。如胶原的不足之处在于稳定性较差和机械强度小，易被胶原酶降解，需要通过各种物理或化学方法对其进行交联，如热交联、UV和λ射线交联、聚环氧化物交联等，以提高机械强度和抗降解能力。壳聚糖的缺陷是材料与宿主的整合性差，降解速度与新生组织的生成速率不匹配，材料缺乏表面特异性等。PGA降解过快，PLA在临床应用中发现非特异性、无菌性炎症反应较高。因此，无毒、生物相容、可降解的三维体外培养的眼角膜纤维支架仍然是研究的热点，有着巨大的市场需求。

直接用生物材料纤维作为组织工程角膜支架且达到降解可控的制备方法还少见报道。本发明采用静电纺丝技术制备生物降解可控、无毒、且利于细胞黏附生长的角膜纤维支架。

发明内容

本发明的目的就在于针对上现有技术的不足提供一种降解可控的组织工程角膜纤维支架；

本发明的另一目的是提供一种降解可控的组织工程角膜纤维支架的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种降解可控的组织工程角膜纤维支架包括基本组分为：

明胶0.1～1.0g

脂肪族聚酯0～0.9g

混合溶剂10mL

一种降解可控的组织工程角膜纤维支架的制备方法，包括以下顺序和步骤：

a、在23～37℃水浴中，将0.1～1.0g明胶溶于10mL混合溶剂，配制明胶溶液；

b、将0～0.9g的脂肪族聚酯溶于明胶溶液中，搅拌均匀，制得混合聚合物纺丝液；

c、浆混合聚合物纺丝液经静电纺丝成型设备制成有序和无序排列的纤维支架，静电纺丝过程是在工作电压15～20KV，接收板距离2～22cm，环境温度15～23℃，空气湿度28～44％，进样速率1.0～3.0mL/h的工作条件下进行；

d、将纤维支架在20～40℃温度下真空干燥2-5天，得到降解可控的组织工程角膜纤维支架。

本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：

混合溶剂为六氟异丙醇与N，N-二甲基甲酰胺混合物，二者混合的体积比为90～99∶1～10；脂肪族聚酯为聚乳酸(PLA，PLLA)、聚羟基乙酸PGA或聚(乳酸-羟基乙酸)共聚物PLGA；制备有序排列的纤维支架时采用的接收装置为间距0.2～6.0cm的平行板电极，制备无序排列的纤维支架时采用的接收装置为直径15～30cm的圆形锡箔纸。

有益效果：本发明的角膜纤维支架是由无序和有序微-纳米纤维构成的薄膜，利用静电纺丝技术，将复合生物高分子材料制成纤维之间搭接处形成自然通孔，具有适于细胞生长的通透孔径，有利于细胞的生长，通过采用明胶与脂肪族聚酯复合静电纺丝，并调节复合物组分，无需交联固定，即可控制支架的降解速度与角膜细胞的生长速度基本同步。产品透光率为90～97％，湿态拉伸强度为1.99～4.91MPa，扯断伸长率为248.6～956.2％，含水率为95.09～154.1％，性能参数与人眼角膜接近，具有良好的生物活性和生物相容性。降解可控、无毒，有利于细胞黏附生长，有一定强度和韧性，制备工艺简单，成本低廉，易于广泛的应用。

附图说明

图1.明胶与脂肪族聚酯复合有序排列的纤维支架扫描电镜照片；

图2.明胶与脂肪族聚酯复合无序排列的纤维支架扫描电镜照片；

图3.兔角膜基质细胞在明胶与脂肪族聚酯复合有序排列的纤维支架共聚焦显微照片；

图4.兔角膜基质细胞在明胶与脂肪族聚酯复合无序排列的纤维支架共聚焦显微照片；

图5.不同组织工程角膜纤维支架的降解曲线。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细阐述

实施例1

在37℃水浴中，将7mg明胶溶于10mL六氟异丙醇9.9g和N，N-二甲基甲酰胺0.1g的混合溶剂中，然后将3mg聚乳酸PLLA溶于上述明胶溶液中，制得纺丝液，经静电纺丝成型设备，制备组织工程角膜纤维支架，静电纺丝成型设备的工作电压为18KV；接收板距离为10cm，进样速率为1.2mL/h，接收装置为间距为2cm的平行板电极。所得支架在40℃下进行真空干燥3天，得到降解可控的组织工程角膜纤维支架。经性能测试：透光率97.83％，湿态拉伸强度2.19MPa，扯断伸长率956.2％，含水率154.1.％，接触角76.5°。

图1是本实施例制备的降解可控的组织工程角膜纤维支架的扫描电镜图；从图1可以看出降解可控的组织工程角膜纤维支架具有有序排列的层状结构，该结构与人眼角膜基质内部结构类似，具备良好的光学性能，并且可以随角膜的再生而发生顺应性降解。

实施例2

在32℃水浴中，将9mg明胶溶于10mL六氟异丙醇9.8g和N，N-二甲基甲酰胺0.2的混合溶剂中，然后将1mg聚乳酸PLLA溶于上述明胶溶液中，制得纺丝液，经静电纺丝成型设备，制备组织工程角膜纤维支架，静电纺丝成型设备的工作电压为15KV；接收板距离为12cm，进样速率为1.5mL/h，接收装置为直径20cm的圆形锡箔纸。所得支架在37℃下进行真空干燥2天，得到降解可控的组织工程角膜纤维支架。经性能测试：透光率97.26％，湿态拉伸强度1.99MPa，扯断伸长率816.6％，含水率95.09.％，接触角109.21°。

图2是本实施例制备的降解可控的组织工程角膜纤维支架的扫描电镜图；从图2可以看出本发明制备的降解可控的组织工程角膜纤维支架具有无序排列的网架结构，该结构与人体细胞外基质内部结构类似，也具备良好的光学性能，并且可以随角膜的再生而发生顺应性降解。

实施例3

在30℃水浴中，将8mg明胶溶于10mL六氟异丙醇9.8g和N，N-二甲基甲酰胺0.2的混合溶剂中，然后将2mg聚乳酸PLA溶于上述明胶溶液中，制得纺丝液，经静电纺丝成型设备，制备组织工程角膜纤维支架，静电纺丝成型设备的工作电压为20KV；接收板距离为15cm，进样速率为2.0mL/h，接收装置为直径18cm的圆形锡箔纸。所得支架在30℃下进行真空干燥4天，得到降解可控的组织工程角膜纤维支架。经性能测试：透光率90.22％，湿态拉伸强度4.72MPa，扯断伸长率505.4％，含水率100.42.％，接触角104.1°。

实施例4

在25℃水浴中，将7mg明胶溶于10mL六氟异丙醇9.7g和N，N-二甲基甲酰胺0.3g的混合溶剂中，然后将3mg聚羟基乙酸PGA溶于上述明胶溶液中，制得纺丝液，经静电纺丝成型设备，制备组织工程角膜纤维支架，静电纺丝成型设备的工作电压为15KV；接收板距离为12cm，进样速率为1.5mL/h，接收装置为直径25cm的圆形锡箔纸。所得支架在25℃下进行真空干燥5天，得到降解可控的组织工程角膜纤维支架。经性能测试：透光率93.10％，湿态拉伸强度4.91MPa，扯断伸长率645.1％，含水率126.7％，接触角106.7°。

实施例5

在23℃水浴中，将4mg明胶溶于10mL六氟异丙醇9.5g和N，N-二甲基甲酰胺0.5g的混合溶剂中，然后将6mg聚(乳酸-羟基乙酸)共聚物PLGA溶于上述明胶溶液中，制得纺丝液，经静电纺丝成型设备，制备组织工程角膜纤维支架，静电纺丝成型设备的工作电压为18KV；接收板距离为20cm，进样速率为1.3mL/h，接收装置为直径29cm的圆形锡箔纸。所得支架在20℃下进行真空干燥3天，得到降解可控的组织工程角膜纤维支架。经性能测试：透光率95.51％，湿态拉伸强度3.29MPa，扯断伸长率248.6％，含水率93.98.％，接触角115.90°。

Claims

1.一种降解可控的组织工程角膜纤维支架，其特征在于，包括基本组分为：

明胶：0.1-1.0g

混合溶剂：10mL

脂肪族聚酯：0-0.9g

2.根据权利要求1所述降解可控的组织工程角膜纤维支架，其特征在于：混合溶剂为六氟异丙醇与N，N-二甲基甲酰胺混合物，二者混合的体积比为90-99∶1-10。

3.根据权利要求1所述降解可控的组织工程角膜纤维支架，其特征在于：脂肪族聚酯为聚乳酸(PLA，PLLA)、聚羟基乙酸PGA或聚(乳酸-羟基乙酸)共聚物PLGA。

4.一种降解可控的组织工程角膜纤维支架的制备方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤：

a、在23-37℃水浴中，将0.1-1.0g明胶溶于10mL混合溶剂，配制明胶溶液；

b、将0-0.9g的脂肪族聚酯溶于明胶溶液中，搅拌均匀，制得混合聚合物纺丝液；

c、浆混合聚合物纺丝液经静电纺丝成型设备制成有序和无序排列的纤维支架，静电纺丝过程是在工作电压15-20KV，接收板距离2-22cm，环境温度15-23℃，空气湿度28-44％，进样速率1.0-3.0mL/h的工作条件下进行；

d、将纤维支架在20-40℃温度下真空干燥2-5天，得到降解可控的组织工程角膜纤维支架。

5.根据权利要求4所述降解可控的组织工程角膜纤维支架的制备方法，其特征在于：所述制备有序排列的纤维支架时采用的接收装置为间距0.2-6.0cm的平行板电极，所述制备无序排列的纤维支架时采用的接收装置为直径15-30cm的圆形锡箔纸。