CN102908665B - 用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架的制备方法，其特征在于，具体步骤为：第一步：A溶液的配制：将高聚物溶于溶剂中，得到A溶液；第二步：B溶液的配置：在A溶液中加入蛋白颗粒，磁力搅拌均匀，得到B溶液；第三步：静电纺丝：将B溶液加入注射器中，设定纺丝电压、纺丝速度和纺丝距离，静电纺丝，在接收器上收集纤维膜；第四步：将收集到的纤维膜在室温下静置晾干，剥离接收器，得到用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架。本发明在静电纺的过程中，将颗粒蛋白颗粒药物包埋在纤维的串珠内，改善了药物的体外释放性能。

Description

用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架的制备方法

技术领域

本发明涉及一种药物技术领域的组织工程纤维支架的制备方法，特别是一种利用静电纺纤维的串珠担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架的制备方法。

背景技术

对静电纺纤维载药系统的研究从21世纪初开始，2002年Kenawy等人发表了题为Release of tetracycline hydrochloride from electrospun poly(ethylene-co-vinylacetate)，poly(lactic acid)，and a blend的论文(见：Journal of Controlled Release，2002，81(1)：57-64)，同年，Zong等人发表了题为Structure and process relationship of electrospun bioabsorbablenanofiber membranes(见：Polymer，2002，43(16)：4403-4412)的论文，都提出利用静电纺纤维担载药物的想法。其中Kenawy以聚乳酸(PLA)、聚乙烯—醋酸乙烯酯(PEVA)、PLA与PEVA以50/50的混合比例为高聚物进行静电纺丝，所担载的模型药物为盐酸四环素；Zong以聚右旋乳酸为高聚物进行静电纺丝，担载模型药物为美福仙。两个实验结果均表明，利用静电纺方法能够成功地使纤维担载药物，但是药物释放难以控制，特别是存在严重的突释现象。

为缓解药物的突释，采用了一些新的静电纺制备方法，如同轴静电纺和乳液静电纺(见：中国专利“担载蛋白的组织工程纤维支架的制备方法”，公开号CN102188755A)。同轴静电纺用于制备一种具有壳/核结构的纳米纤维，核的部分用于担载药物，壳的部分用来控制药物向纤维外扩散。Huang等人以聚己丙酰胺为壳层，白藜芦醇和硫酸庆大霉素分别为芯层进行同轴静电纺丝，体外释放结果表明，两种药物均没有出现明显的突释现象(见：Encapsulating drugs inbiodegradable ultrafine fibers through co-axial electrospinning.Journalof Biomedical Materials Research Part A，2006，77A(1)：169-179.)。而对于水溶性的药物，人们倾向于用乳液静电纺丝法将药物包覆于纤维中。Tian等人采用乳液静电纺将牛血清白蛋白和血管内皮生长因子，葡聚糖和血管内皮生长因子两种药物组合分别包覆于聚乳酸—己内酯共聚物的纳米纤维中，体外释放结果表明，两种药物组合均未见突释产生(见：Emulsion electrospun vaseularendothelial    growth    factor    encapsulated    poly    (l-lacticacid-co-ε-caprolactone)nanofibers for sustained release in cardiactissue engineering.Journal of Materials Science，2012，47：3272-3281)。虽然同轴静电纺和乳液静电纺改善了担载药物的突释问题，但是所使用的模型药物均为纳米级粒径药物或可溶于纺丝液的药物。

对于蛋白药物，为了在纤维支架的制备过程中保护蛋白的活性和构象，采用多糖颗粒包覆药物是一种新颖的蛋白药物保护方法，可避免蛋白药物在制剂和体外释放过程中失活(见：中国专利“利用冷冻相分离制备多糖玻璃体微粒的方法”，公开号CN 1887276A)，所制备的药物粒径分布为0.1～10μm。在此基础上，用静电纺方法在纤维上担载蛋白颗粒，具有蛋白担载量高的优点，是组织工程用药物支架的理想制备方式。但是由于静电纺方法所制备的纤维直径多为几百纳米，没有能力担载具有微米级粒径的颗粒药物，因此无法优化蛋白的释放曲线，特别是无法克服所担载的蛋白药物的突释问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用静电纺纤维的串珠来担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架的制备方法。所制备的静电纺纤维膜中具有微米级尺寸的串珠结构，在制备过程中能将蛋白颗粒有效地包埋在串珠内，既保护了蛋白药物的活性和构象，又达到理想的缓释效果。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：A溶液的配制：将高聚物溶于溶剂中，得到A溶液；

第二步：B溶液的配置：在A溶液中加入蛋白颗粒，磁力搅拌均匀，得到B溶液；

第三步：静电纺丝：将B溶液加入注射器中，设定纺丝电压、纺丝速度和纺丝距离，静电纺丝，在接收器上收集纤维膜；

第四步：将收集到的纤维膜在室温下静置晾干，剥离接收器，得到用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架。

上述方案中，所述的高聚物为可溶解于有机溶剂中的高分子聚合物，水溶性合成高分子聚合物，或者天然高分子聚合物及其衍生物。所述的可溶解于有机溶剂中的合成高分子聚合物优选为聚苯并咪唑、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酰间苯二胺、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚砜、聚苯胺、聚环氧乙烷、聚乙烯咔唑、聚丙烯腈、聚醚醚酮、聚苯乙烯、脂肪族聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚亚氨酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚二茂铁基二甲基硅烷、聚酰亚胺、聚吡咯以及聚甲醛中的一种或两种以上的组合。所述的水溶性合成高分子聚合物优选为聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乳酸、聚乳酸—羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚羟基乙酸、聚羟基链烷酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚对二氧环己酮丙交酯、聚酯以及聚亚胺酯中的一种或两种以上的组合。所述的天然高分子聚合物及其衍生物优选为纤维素、醋酸纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维、甲壳素、壳聚糖、海藻酸钠、右旋糖酐、脱氧核糖核酸、胶原蛋白、明胶、卵磷脂、蚕丝蛋白、玉米醇溶蛋白以及小麦蛋白中的一种或两种以上的组合。

上述方案中，所述的溶剂优选为N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、硫酸、二氯甲烷、六氟异丙醇、三氯甲烷、三氟乙酸、四氢呋喃、甲酸、丙酮、蒸馏水、异丙醇、乙醇以及乙酸中的一种或两种以上的组合。

上述方案中，所述的纺丝液的浓度指单位毫升溶剂中高聚物的质量。

上述方案中，所述的蛋白颗粒为担载蛋白的多糖玻璃体颗粒。

所述的蛋白为用于组织再生治疗的蛋白，如促红细胞生成素，重组人粒细胞集落刺激因子，粒细胞—巨噬细胞集落刺激因子，干扰素，生长激素，胰岛素，表皮生长因子，成纤维细胞生长因子，转化生长因子，胰岛素样生长因子，血管内皮细胞生长因子，血小板生长因子，内皮生长因子，神经生长因子，骨衍生性生长因子，骨形成蛋白，组织多肽抗原，抗体以及凝血因子中的一种或两种以上的组合。

所述的蛋白也可为牛血清白蛋白。本发明以牛血清白蛋白作为各种组织再生蛋白药物或生长因子的模型蛋白。

上述方案中，所述的蛋白颗粒的粒径为200～1600nm。

上述方案中，所述的纺丝电压调节范围为5～30kV，纺丝速度调节范围为0.5～2.5mL/h，纺丝距离调节范围为10～25cm。

上述方案中，所述的接收器为铺盖一层铝箔的金属平板。

本发明在静电纺的过程中，将蛋白颗粒包埋在纤维的串珠内，改善了药物的体外释放曲线。

本发明方法简便，成本低，具有串珠结构的静电纺纤维膜可有效地包埋颗粒药物，改善药物体外释放曲线。可维持药物持续释放超过一个月且第一天释放量不超过药物担载量的15％。

附图说明

图1为用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架的电镜照片。

图2为串珠结构担载药物的示意图。图中，1为串珠结构，2为蛋白颗粒。

图3为实施例1中带串珠结构的静电纺载药纤维支架的药物体外释放曲线。

图4为实施例2中带串珠结构的静电纺载药纤维支架的药物体外释放曲线。

图5为实施例3中带串珠结构的静电纺载药纤维支架的药物体外释放曲线。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。在下列所有的实施例中使用的、担载有牛血清白蛋白的葡聚糖颗粒由上海交通大学提供，(其制备方法参见：Preparing polymer-based sustained-release systemswithout exposing proteins to water-oil or water-air interfaces andcross-linking reagents，Journal of Controlled Release，2008，128：50-59)。牛血清白蛋白在所有的实施例中作为模型蛋白药物使用，以代替各种组织再生治疗的蛋白药物或生长因子。所使用的聚乳酸—羟基乙酸共聚物，分子量为115.67kDa，由Lakeshore Biomaterials公司(美国)提供；N，N-二甲基甲酰胺为分析纯，由上海润捷化学试剂有限公司生产；四氢呋喃为分析纯，由常熟市杨园化工有限公司生产。

实施例1：

(1)A溶液的配制：将聚乳酸—羟基乙酸共聚物溶于0.25mL N，N-二甲基甲酰胺与0.75mL四氢呋喃的混合溶剂中，得到浓度为150mg/mL的A溶液。

(2)B溶液的配置：向A溶液中加入15mg粒径为227～1575nm的担载有牛血清白蛋白的葡聚糖颗粒，采用磁力搅拌2000rpm，60min。

(3)静电纺丝：将B溶液加入注射器中，设定纺丝电压20kV，纺丝速度1mL/h，纺丝距离20cm，静电纺丝，在接收器(铺盖一层铝箔的金属平板)上收集纤维膜。

(4)将收集到的纤维膜在室温下静置晾干，剥离接收器，得到如图1所示的用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架。如图2所示，蛋白颗粒担载在串珠结构1中。

(5)称量20mg纤维膜，加入1mL的pH为7.4的PBS缓冲液，于37℃、100rpm摇床培养，定时取出上清液并补加缓冲液，采用MicroBCA方法测试上清液中BSA的含量，计算药物释放量。

(6)如图3所示，实验结果表明，串珠结构的静电纺载药纤维支架达到平稳缓释的效果，第一天释放量不大于药物担载量的15％，无突释现象。

实施例2：

(1)A溶液的配制：将聚乳酸-羟基乙酸共聚物溶于0.25mL N，N-二甲基甲酰胺与0.75mL四氢呋喃的混合溶剂中，得到浓度为150mg/mL的A溶液。

(2)B溶液的配置：向A溶液中加入10mg粒径为227～1575nm的担载有牛血清白蛋白的葡聚糖颗粒，采用磁力搅拌2000rpm，60min。

(3)静电纺丝：将B溶液加入注射器中，纺丝电压20kV，纺丝速度1mL/h，纺丝距离20cm，静电纺丝，在接收器(铺盖一层铝箔的金属平板)上收集纤维膜。

(4)将收集到的纤维膜在室温下静置晾干，剥离接收器，得到用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架。

(5)称量20mg纤维膜，加入1mL的pH为7.4的PBS缓冲液，于37℃、100rpm摇床培养，定时取出上清液并补加缓冲液，采用MicroBCA方法测试上清液中BSA的含量，计算药物释放量。

(6)如图4所示，实验结果表明，串珠结构的静电纺载药纤维支架达到平稳缓释的效果，第一天释放量约为药物担载量的10％，无突释现象。

实施例3：

(1)A溶液的配制：将聚乳酸—羟基乙酸共聚物溶于0.25mL N，N-二甲基甲酰胺与0.75mL四氢呋喃的混合溶剂中，得到浓度为150mg/mL的A溶液。

(2)B溶液的配置：向A溶液中加入6.67mg粒径为227～1575nm的担载有牛血清白蛋白的葡聚糖颗粒，采用磁力搅拌2000rpm，60min。

(3)静电纺丝：将B溶液加入注射器中，设定纺丝电压20kV，纺丝速度1mL/h，纺丝距离20cm，静电纺丝，在接收器(铺盖一层铝箔的金属平板)上收集纤维膜。

(4)将收集到的纤维膜在室温下静置晾干，剥离接收器，得到用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架。

(5)称量20mg纤维，加入1mL的pH为7.4的PBS缓冲液，于37℃、100rpm摇床培养，定时取出上清液并补加缓冲液，采用MicroBCA方法测试上清液中BSA的含量，计算药物释放量。

(6)如图5所示，实验结果表明，串珠结构的静电纺载药纤维支架达到平稳缓释的效果，第一天释放量约为药物担载量的10％，无突释现象。

Claims (3)

1.一种用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：A溶液的配制：将聚乳酸－羟基乙酸共聚物溶于0.25 mL N,N-二甲基甲酰胺与0.75 mL四氢呋喃的混合溶剂中，得到浓度为150 mg/mL的A溶液；

第二步：B溶液的配置：向A溶液中加入15 mg粒径为227～1575 nm的担载有牛血清白蛋白的葡聚糖颗粒，采用磁力搅拌2000 rpm，60 min；

第三步：静电纺丝：将B溶液加入注射器中，设定纺丝电压20 kV，纺丝速度1 mL/h，纺丝距离20 cm，静电纺丝，在接收器上收集纤维膜；

第四步：将收集到的纤维膜在室温下静置晾干，剥离接收器，得到用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架。

2.一种用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：A溶液的配制：将聚乳酸-羟基乙酸共聚物溶于0.25 mL N,N-二甲基甲酰胺与0.75 mL 四氢呋喃的混合溶剂中，得到浓度为150 mg/mL的A溶液；

第二步：B溶液的配置：向A溶液中加入10 mg粒径为227～1575 nm的担载有牛血清白蛋白的葡聚糖颗粒，采用磁力搅拌2000 rpm，60 min；

第三步：静电纺丝：将B溶液加入注射器中，纺丝电压20 kV，纺丝速度1 mL/h，纺丝距离20 cm，静电纺丝，在接收器上收集纤维膜；

第四步：将收集到的纤维膜在室温下静置晾干，剥离接收器，得到用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架。

3.一种用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：A溶液的配制：将聚乳酸－羟基乙酸共聚物溶于0.25 mL N,N-二甲基甲酰胺与0.75 mL 四氢呋喃的混合溶剂中，得到浓度为150 mg/mL的A溶液；

第二步：B溶液的配置：向A溶液中加入6.67 mg粒径为227～1575 nm的担载有牛血清白蛋白的葡聚糖颗粒，采用磁力搅拌2000 rpm，60 min；

第三步：静电纺丝：将B溶液加入注射器中，设定纺丝电压20 kV，纺丝速度1 mL/h，纺丝距离20 cm，静电纺丝，在接收器上收集纤维膜；

第四步：将收集到的纤维膜在室温下静置晾干，剥离接收器，得到用串珠纤维担载蛋白颗粒的组织工程纤维支架。