CN102690435A

CN102690435A - 聚酯模版调控水溶性高分子组织工程支架孔结构的方法

Info

Publication number: CN102690435A
Application number: CN2012102014118A
Authority: CN
Inventors: 尹静波; 郭石卿; 孙园园; 张丹青; 颜世峰
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明公开了一种聚酯模版调控水溶性高分子组织工程支架孔结构的方法，该方法将聚乳酸微球或纤维加入水溶性高分子溶液中，冷冻干燥后去除模板，获得多孔组织工程支架。实验结果表明，本发明可获得孔径在100～500μm，孔隙率大于90%，溶胀度在700%以上的组织工程支架，且支架具有孔径可控、孔洞有序排列、孔隙连通性良好、大小孔并存；这种大小孔并存结构有利于细胞接种、粘附以及营养物质运输和代谢产物排出；另外，研究表明通过调节支架孔结构可干预干细胞在支架内的分化行为。

Description

聚酯模版调控水溶性高分子组织工程支架孔结构的方法

技术领域

本发明涉及组织工程技术领域，更具体地说，涉及一种聚酯模版调控水溶性高分子组织工程支架孔结构的方法。

背景技术

对于组织工程而言，组织工程支架是组织缺损再生的关键之一。组织工程支架是细胞外基质（ECM）的替代物，细胞外基质为细胞行为如细胞之间的相互作用、增殖、分化和迁移，提供物理、化学和机械的刺激信号; 而细胞也会对细胞外基质进行调控、重塑。它们之间的相互作用在组织生长、体内平衡以及疾病恢复过程中起着重要的作用。

因此组织工程支架不仅需要模拟天然细胞外基质的本体结构和表面理化性能（如化学组成、亲疏水性等），其形态结构也有非常显著的影响。较高的孔隙率、一定的孔间连通性、适合的孔径大小和特定的表面形貌有利于细胞的种植、细胞和组织的生长、细胞外基质的形成、氧气和营养的传输、代谢物的排泄，形成的组织更接近于天然组织；另外，研究表明通过调节支架孔结构可干预干细胞在支架内的分化行为。

现行的三维多孔支架的制备方法主要有：溶剂浇铸/粒子沥滤法、气体发泡法、超临界CO₂发泡法和热致相分离法。

溶剂浇铸/粒子沥滤是组织工程支架制孔方法中最简便和研究最广泛的技术之一。例如，申请号200810035951.7中国专利文献报道了一种组织工程支架的制备方法，以聚丁二酸丁二醇酯和聚己内酯为支架原料，氯化钠为致孔剂，采用溶剂浇铸/粒子沥滤法来制备三维多孔组织工程支架；另外，刘华国等利用相分离技术与溶剂浇铸/粒子沥滤技术结合，在聚己内酯四氢呋喃溶液中，加入氯化钠颗粒，冷冻干燥并去除颗粒后，可制备三维多孔组织工程支架。

用溶剂浇铸/粒子沥滤法制得的支架孔隙间连通性差，并且不能制备大体积支架；在此基础上，将冷冻干燥法与溶剂浇铸/粒子沥滤法相结合，可以制备孔隙连通性良好的大体积支架。但以往支架制备方法的报道中多以油溶性聚酯类材料为原料，而聚酯类材料缺少与细胞相互作用的位点、细胞粘附能力较差，而且临床发现其酸性降解产物会引起非特异性无菌性炎症，且该方法所使用的致孔剂局限于氯化钠、糖类等水溶性颗粒。

水溶性高分子一般具有很好的亲水性、优良的生物相容性，而且水是生命体新陈代谢的重要物质，对于生物材料来说，以水作为溶剂不会影响生物材料与机体的组织相容性，不会引入其他杂质。但是采用传统的粒子沥滤技术，如以盐或糖等为致孔剂则不适合水溶性高分子致孔，采用聚酯等生物相容性好且容易被刻蚀的油溶性高分子为模板，获得所需要的组织工程支架孔结构，将是一种新的选择。

发明内容

针对于现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种以聚酯为模板调控水溶性高分子组织工程支架孔结构的方法，该方法将聚乳酸微球或纤维加入水溶性高分子的溶液中，冷冻干燥后去除模板，获得多孔组织工程支架。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以聚酯为模板调控水溶性高分子组织工程支架孔结构的方法，具有以下步骤：

a）将聚乳酸微球或聚乳酸纤维加入高分子溶液中，分散均匀后置于-10～-196℃的冰箱中冷冻3～5小时，再冷冻干燥48～72小时，获得致孔剂和支架复合物；

b）去除步骤a）所添加的聚乳酸微球或聚乳酸纤维，将冷冻干燥好的聚乳酸微球和支架、聚乳酸纤维和支架复合物置于二氯甲烷中浸泡，1～3小时后换液，重复多次至聚乳酸微球或聚乳酸纤维溶除完全，然后真空干燥获得组织工程支架。

上述聚乳酸微球按照如下方法制备：

在80℃配制质量分数为1～3%聚乙烯醇溶液，冷却至室温后备用；将聚乳酸溶于二氯甲烷中配制成质量分数为10～15%溶液；将聚乳酸溶液倒入冷却好的聚乙烯醇溶液中，聚乳酸溶液与聚乙烯醇溶液的体积比为1:10～1:8，搅拌速度为800～1200转/分钟，搅拌1～2h后，升温至35℃挥发掉有机溶剂，过滤，并用热水洗涤后干燥获得直径为100～500μm聚乳酸微球。

上述聚乳酸纤维按照如下方法制备：

在180℃下，将聚乳酸熔融纺丝，获得直径200～400μm的聚乳酸纤维。

上述高分子溶液为水溶性高分子体系，为聚氨基酸、海藻酸钠、壳聚糖、明胶、胶原、透明质酸、纤维蛋白中的至少一种。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的优点：

该方法制备的组织工程支架具有孔径可控、孔洞有序排列、孔隙连通性良好并且大小孔并存，这种大小孔并存结构有利于细胞接种、粘附以及营养物质运输和代谢产物排出。另外，研究表明通过调节支架孔结构可干预干细胞在支架内的分化行为。

具体实施方式

现将本发明的具体实施叙述于后。

实施例1

通过乳液法制备聚乳酸微球，过筛选取直径为300～350μm的微球。

将聚-L-谷氨酸和壳聚糖按 -COOH和-NH₂摩尔比1：1配比、总固含量为3%制备支架溶液。加入体积占支架溶液体积5%的微球，充分搅匀分散。经冷冻干燥，刻蚀，抽真空干燥获得多孔支架。该支架具有贯通的球形孔洞，孔洞直径为300～350μm；另外，由于支架采用冷冻干燥技术制备，具有很多小孔结构，小孔直径为20～50μm。测得支架孔隙率为94.49%，溶胀度为793%。

实施例2

将聚-L-谷氨酸和壳聚糖按 -COOH和-NH₂摩尔比1：1配比、总固含量为3%制备支架溶液。加入体积占支架溶液体积10%的微球，充分搅匀分散。经冷冻干燥，刻蚀，抽真空干燥获得多孔支架。该支架具有贯通的球形孔洞，孔洞直径为300～350μm；另外，由于支架采用冷冻干燥技术制备，具有很多小孔结构，小孔直径为20～50μm；且由于微球添加量增加，支架内形成的球形孔洞也增多。测得支架孔隙率为94.75%，溶胀度为845%。

实施例3

通过乳液法制备聚乳酸微球，过筛选取直径为450～500μm的微球。

将聚-L-谷氨酸和壳聚糖按 -COOH和-NH₂摩尔比1：1配比、总固含量为3%制备支架溶液。加入体积占支架溶液体积5%的微球，充分搅匀分散。经冷冻干燥，刻蚀，抽真空干燥获得多孔支架。该支架具有贯通的球形孔洞，孔洞直径为450～500μm；另外，由于支架采用冷冻干燥技术制备，具有很多小孔结构，小孔直径为20～50μm。测得支架孔隙率为94.57%，溶胀度为817%。

实施例4

通过熔融纺丝制备聚乳酸纤维，直径为200μm左右。

将聚-L-谷氨酸和壳聚糖按 -COOH和-NH₂摩尔比1：1配比、总固含量为3%制备支架溶液。加入体积占支架溶液体积5%的纤维，充分搅匀分散。经冷冻干燥，刻蚀，抽真空干燥获得具有纤维形定向排列孔洞的支架，孔洞直径为200μm左右；且纤维状孔洞与支架冷冻干燥形成的小孔融合在一起，贯通交错，小孔直径为20～50μm。测得支架孔隙率为92.72%，溶胀度为772%。

实施例5

通过熔融纺丝制备聚乳酸纤维，直径为200μm左右。

将聚-L-谷氨酸和壳聚糖按 -COOH和-NH₂摩尔比1：1配比、总固含量为3%制备支架溶液。加入体积占支架溶液体积10%的纤维，充分搅匀分散。经冷冻干燥，刻蚀，抽真空干燥获得具有纤维形定向排列孔洞的支架，孔洞直径为200μm左右；且纤维状孔洞与支架冷冻干燥形成孔洞融合在一起，贯通交错，小孔直径为20～50μm；且改变纤维添加量可改变孔的定向结构。测得支架孔隙率为95.92%，溶胀度为826%。

实施例6

通过熔融纺丝制备聚乳酸纤维，直径为300μm左右。

将聚-L-谷氨酸和壳聚糖按 -COOH和-NH₂摩尔比1：1配比、总固含量为3%制备支架溶液。加入体积占支架溶液体积5%的纤维，充分搅匀分散。经冷冻干燥，刻蚀，抽真空干燥获得具有纤维形定向排列孔洞的支架，孔洞直径为300μm左右；且纤维状孔洞与支架冷冻干燥形成孔洞融合在一起，贯通交错，小孔直径为20～50μm。测得支架孔隙率为93.58%，溶胀度为791%。

从上述实例可以看出，本发明可制备具有孔径可控、孔洞有序排列、孔隙连通性良好、大小孔并存的组织工程支架。随着聚乳酸添加量的增加，支架的孔隙率增大，溶胀度增大。

Claims

1.一种聚酯模版调控水溶性高分子组织工程支架孔结构的方法，其特征在于，具有以下步骤：

b）去除步骤a）所添加的聚乳酸微球或聚乳酸纤维，将冷冻干燥好的聚乳酸微球和支架、聚乳酸纤维和支架复合物置于二氯甲烷中浸泡，1～3小时后换液，重复多次直至聚乳酸微球或聚乳酸纤维溶除完全，然后真空干燥获得组织工程支架。

2.根据权利要求1所述的一种聚酯模版调控水溶性高分子组织工程支架孔结构的方法，其特征在于，所述聚乳酸微球按照如下方法制备：

3.根据权利要求1所述的一种聚酯模版调控水溶性高分子组织工程支架孔结构的方法，其特征在于，所述聚乳酸纤维按照如下方法制备：

4.根据权利要求1所述的一种聚酯模版调控水溶性高分子组织工程支架孔结构的方法，其特征在于，所述高分子溶液为水溶性高分子溶液，为聚氨基酸、海藻酸钠、壳聚糖、明胶、胶原、透明质酸、纤维蛋白中的至少一种。