CN103638562A - 软骨组织工程支架材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软骨组织工程支架材料及其制备方法，该支架材料是以海藻酸钠和壳聚糖作为基材，通过活化交联剂活化后的海藻酸钠侧链上的羧基，与壳聚糖的氨基反应而形成的三维多孔结构，其中海藻酸钠羧基与壳聚糖氨基的摩尔比为3:7～7:3，最终产品中仅含有海藻酸钠和壳聚糖两组份。本发明提供的三维多孔支架具有良好的生物相容性，适用于软骨组织工程。

Description

软骨组织工程支架材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种软骨组织工程支架及其制备方法。

技术背景

软骨是人体的重要组织之一。临床中常出现由于创伤、磨损、发育异常导致的软骨缺损。小面积的软骨缺损通常可以自愈，但是由于软骨组织中没有血管，所以大范围的软骨缺损通常无法自愈，并且在临床上缺少有效的治疗方法。自体软骨移植受到自身供体有限性的限制；异体软骨移植则存在抗原性的剧烈免疫排斥反应，且有交叉感染的风险。组织工程为软骨缺损修复提供了有效可行的途径。

目前，软骨组织工程支架材料主要包括合成高分子和天然高分子。合成高分子材料来源广泛，易加工，结构和性能可根据需要调整，但在亲水性和生物相容性方面欠佳；天然高分子来源有限，但是其生物相容性好，多为水溶性材料，利于新生组织生成。寻找合适的材料构建多孔支架成为现今组织工程研究的重要课题。

海藻酸钠又名褐藻酸钠、海带胶、褐藻胶、藻酸盐，是由海带中提取的天然多糖碳水化合物，结构类似于基质中糖胺聚糖(GAGs)，无毒性或致癌性，生物相容性好，可作为支架材料用于医学用途。另外，海藻酸钠单体具有环状结构，且分子量大，力学性能较好。

壳聚糖，是一种资源丰富性能优良的生物材料，是甲壳素脱N-乙酰基的产物。壳聚糖具有良好的生物相容性，并且易于成型为多孔支架，常用于组织工程领域。

由海藻酸钠/壳聚糖静电复合制备的支架已用于组织工程领域。但由于支架通过钙离子交联，在生理环境中，钙离子易被钠离子置换出来，影响支架的力学性能和稳定性。力学性能的损失限制该类支架在软骨组织工程中的应用，因而迫切需要改进该类支架的构建方式，以满足临床中软骨组织修复的需求。

发明内容

本发明目的之一在于克服现有技术中存在的海藻酸钠/壳聚糖静电复合支架中发挥交联作用的钙离子被钠离子置换出来的问题，以提供一种软骨组织工程支架材料。

本发明的目的之二在于提供该支架材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种软骨组织工程支架材料，其特征在于该支架材料是以海藻酸钠和壳聚糖作为基材，通过活化交联剂活化后的海藻酸钠侧链上的羧基，与壳聚糖的氨基反应而形成的三维多孔结构，其中海藻酸钠羧基与壳聚糖氨基的摩尔比为3:7～7:3，最终产品中仅含有海藻酸钠和壳聚糖两组份。

上述的交联活化剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺按1:1～5:1的摩尔比的复配型交联剂，其中1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐与海藻酸钠羧基的摩尔比为1:1～5:1。

上述的多孔结构的孔隙率为：91%～96%；孔径为：80～220??m。

一种制备上述的软骨组织工程支架材料，其特征在于该方法的具体步骤为：

   a. 按海藻酸钠羧基和壳聚糖氨基的摩尔比为3:7～7:3，分别配制海藻酸钠溶液和壳聚糖溶液；

   b. 在步骤a所得的海藻酸钠溶液中加入交联活化剂，交联活化剂用量为海藻酸钠羧基摩尔数的1～5倍，常温搅拌10～40分钟；

   c. 将步骤b所得活化后的海藻酸钠溶液加入到步骤a所得的壳聚糖溶液中，缓慢搅拌混合后，室温静置待其形成水凝胶；

   d. 将步骤c所得水凝胶在-7℃～-100℃下冷冻12～24小时后冻干，制备得到软骨组织工程支架材料。

本发明选择海藻酸钠和壳聚糖作为基材，通过活化海藻酸钠侧链上的羧基，与壳聚糖的氨基反应，结合相分离技术制备海藻酸钠-壳聚糖软骨组织工程多孔支架。可通过调节冷冻温度、浓度等来控制多孔支架孔径，通过改变海藻酸钠羧基和壳聚糖氨基的摩尔比控制支架的力学和降解性能。

上述海藻酸钠/壳聚糖软骨组织工程支架的优点在于通过化学交联作用，使支架能够在生理环境中维持稳定性和力学性能。同时支架具有更高的亲水性，能够为细胞提供更接近天然的生理环境，产品实现了本发明的目的。

附图说明

       图1为本发明的软骨组织工程支架材料的多孔形貌图。

具体实施方式

海藻酸钠     济南海得贝生物工程有限公司

壳聚糖，脱乙酰度＝95％  上海国药集团

1-乙基-(3, 3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)，N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）上海共价化学科技有限公司。

实施例一：

以去离子水配置质量分数为2.0%海藻酸钠溶液，以乙酸溶液配制质量分数为2.0%壳聚糖溶液，在1mL海藻酸钠溶液中加入0.0641g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐（EDC??HCl）和0.0077g的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，搅拌10～40分钟；将活化后的海藻酸钠溶液加入1mL壳聚糖溶液中，继续缓慢搅拌；粘度稍变后，注入模具中，在-20℃下冷冻12～24小时后冻干，得到海藻酸钠/壳聚糖三维多孔支架。支架经测试得到性能如下：孔隙率94％；孔径160～220??m。

实施例二：

以去离子水配置质量分数为2.0%海藻酸钠溶液，以乙酸溶液配制质量分数为2.0%壳聚糖溶液，在1mL海藻酸钠溶液中加入0.1069g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐（EDC??HCl）和0.0128g的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，搅拌10～40分钟；将活化后的海藻酸钠溶液加入1mL壳聚糖溶液中，继续缓慢搅拌；粘度稍变后，注入模具中，在-20℃下冷冻12～24小时后冻干，得到海藻酸钠/壳聚糖三维多孔支架。支架经测试得到性能如下：孔隙率94%；孔径170～220??m。

实施例三：

以去离子水配置质量分数为2.0%海藻酸钠溶液，以乙酸溶液配制质量分数为2.0%壳聚糖溶液，在1mL海藻酸钠溶液中加入0.0641g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐（EDC??HCl）和0.0077g的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，搅拌10～40分钟；将活化后的海藻酸钠溶液加入1mL壳聚糖溶液中，继续缓慢搅拌；粘度稍变后，注入模具中，在-80℃下冷冻12～24小时后冻干，得到海藻酸钠/壳聚糖三维多孔支架。支架经测试得到性能如下：孔隙率93%；孔径80～120??m。

实施例四：

以去离子水配置质量分数为3.0%海藻酸钠溶液，以乙酸溶液配制质量分数为3.0%壳聚糖溶液，在1mL海藻酸钠溶液中加入0.0641g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐（EDC??HCl）和0.0077g的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，搅拌10～40分钟；将活化后的海藻酸钠溶液加入1mL壳聚糖溶液中，继续缓慢搅拌；粘度稍变后，注入模具中，在-20℃下冷冻12～24小时后冻干，得到海藻酸钠/壳聚糖三维多孔支架。支架经测试得到性能如下：孔隙率91%；孔径150～200??m。

实施例五：

以去离子水配置质量分数为1.0%海藻酸钠溶液，以乙酸溶液配制质量分数为1.0%壳聚糖溶液，在1mL海藻酸钠溶液中加入0.0641g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐（EDC??HCl）和0.0077g的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，搅拌10～40分钟；将活化后的海藻酸钠溶液加入1mL壳聚糖溶液中，继续缓慢搅拌；粘度稍变后，注入模具中，在-20℃下冷冻12～24小时后冻干，得到海藻酸钠/壳聚糖三维多孔支架。支架经测试得到性能如下：孔隙率96%；孔径160～220??m。

以上对实例的描述是为了便于对该发明方法的理解和应用。也可在本发明基础上做出各种修改，因此，本发明不限于上述的实施实例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种软骨组织工程支架材料，其特征在于该支架材料是以海藻酸钠和壳聚糖作为基材，通过活化交联剂活化后的海藻酸钠侧链上的羧基，与壳聚糖的氨基反应而形成的三维多孔结构，其中海藻酸钠羧基与壳聚糖氨基的摩尔比为3:7～7:3，最终产品中仅含有海藻酸钠和壳聚糖两组份。

2.根据权利要求1所述的软骨组织工程支架材料，其特征在于所述的交联活化剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺按1:1～5:1的摩尔比的复配型交联剂，其中1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐与海藻酸钠羧基的摩尔比为1:1～5:1。

3.根据权利要求1所述的软骨组织工程支架材料，其特征在于所述的多孔结构的孔隙率为：91%～96%；孔径为：80～220??m。

4.一种制备根据权利要求1所述的软骨组织工程支架材料，其特征在于该方法的具体步骤为：

   a. 按海藻酸钠羧基和壳聚糖氨基的摩尔比为3:7～7:3，分别配制海藻酸钠溶液和壳聚糖溶液；

   b. 在步骤a所得的海藻酸钠溶液中加入交联活化剂，交联活化剂用量为海藻酸钠羧基摩尔数的1～5倍，常温搅拌10～40分钟；

   c. 将步骤b所得活化后的海藻酸钠溶液加入到步骤a所得的壳聚糖溶液中，缓慢搅拌混合后，室温静置待其形成水凝胶；

   d. 将步骤c所得水凝胶在-7℃～-100℃下冷冻12～24小时后冻干，制备得到软骨组织工程支架材料。

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