CN103690993B - 可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料及其制备方法，其特点是将胶原或明胶或纤维蛋白溶于0.5～5％稀盐酸溶液或0.1～1％稀醋酸溶液或将海藻酸钠蛋白质溶于双蒸水中形成浓度为0.1～5wt％的溶液，以碱调节溶液pH＝6.5～7.5，按照天然可降解物质溶液10～20份、季铵化壳聚糖10～20份、葡萄糖氧化酶1～5份、抗炎蛋白5～15份的比例加入反应釜中，在温度4℃下，以500～5000rpm搅拌10～30min获得均匀溶液，在溶液中滴加磷酸钠2～6份，再将上述液体加入有冷淋剂的设备中，保持恒温4℃的塑料模具中，在温度-20℃放置2～4h，温度-80℃冷冻24～48h，温度-100℃冷冻干燥，制得载药支架材料；该支架材料经Co60照射消毒后储存于温度4℃的设备中。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料及其制备方法，属于组织工程支架技术领域。
背景技术
牙周炎是糖尿病的重要并发症之一，易造成糖尿病患者牙周组织破坏。在糖尿病患者中，血糖控制不良即血糖异常升高的状况较为常见，可导致常规治疗后牙周组织修复不良。较明显的牙周组织缺损往往需要手术治疗才能收到较好的疗效，而患者的术后血糖控制不良状况会影响导致牙周炎症介质增高，降低牙周组织愈合能力。高血糖促进体内炎症介质如肿瘤坏死因子(TNF-α)水平增高，是抑制组织修复的重要原因。应用具有抗炎功能的蛋白如TNF-α抗体等可有效改善牙周组织缺损修复状况。
因此采用的支架材料不仅需要形成利于牙周组织细胞生长的形态结构，还要具备在高糖状态下抗炎性质，才更适合糖尿病患者的牙周组织缺损修复。
目前应用某些高分子物质为基质，通过交联等方法能使材料具有一定葡萄糖感应功能。S·卡比兰等(CN101360987)应用可结合葡萄糖的硼酸酯和一种阳离子物质为基质制备出一种葡萄糖感应材料，该材料可在不同浓度葡萄糖存在时微形态发生变化，具有传感器作用；杨文胜等(CN101140258)应用以硝酸基纤维膜为基体，联用葡萄糖氧化酶制备出具有葡萄糖敏感的膜性材料，平均孔径(0.2-1.2)μm。但现有材料未能形成利于牙周组织细胞长入的支架结构及适宜孔隙，且制备方法会影响药物蛋白的活性，不适宜用于制备用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料。
季铵化壳聚糖是常用的一种感应材料，将其与葡萄糖氧化酶交联后具有良好的葡萄糖感应性能。天然可降解物质如胶原、明胶、纤维蛋白、海藻酸钠的生物相容性及降解性好，并具有形成网状支架形态的特性，且通过调节浓度、用量等因素能改变支架的孔隙结构。因此，应用天然可降解物质联合季铵化壳聚糖、葡萄糖氧化酶能够制备出较理想的应用于牙周组织的支架材料。而改变反应体系及制备环节，更适合制备能够负载抗炎蛋白的血糖感应支架材料。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种可应用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料及其制备方法，其特点是以季铵化壳聚糖为主要基质，形成适合牙周组织细胞长入的网状结构，包埋葡萄糖氧化酶并负载抗炎蛋白，能在血糖浓度异常时，迅速显著释放药物，能解决现有血糖感应材料难以同时具有适合牙周组织细胞长入的孔隙结构以及良好的血糖感应控释蛋白药物的功能，难以在填补缺损空间同时发挥抵抗高糖炎症状态作用的问题。
本发明的目的采用以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料的起始原料由以下组分组成：
其中，天然可降解物质为胶原、明胶、纤维蛋白、海藻酸钠蛋白质中的至少一种。
可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料的制备方法包括以下步骤：
1)季铵化壳聚糖的制备
在室温条件下，将壳聚糖∶异丙醇＝1∶8～15的质量比加入反应釜中，用碱调节溶液pH＝8～13，水浴升温至75～99℃，加入浓度为5～10wt％的2，3-环氧丙基三甲基氯化铵水溶液5～15份，恒温反应12～24h，产物用丙酮泡洗、抽滤、并冷冻干燥、得到季铵化壳聚糖；
2)可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料的制备
将胶原或明胶或纤维蛋白溶于0.5～5％稀盐酸溶液或0.1～1％稀醋酸溶液或将海藻酸钠蛋白质溶于双蒸水中形成浓度为0.1～5wt％的溶液，以碱调节溶液pH＝6.5～7.5，按照天然可降解物质溶液10～20份、季铵化壳聚糖10～20份、葡萄糖氧化酶1～5份、抗炎蛋白5～15份的比例加入反应釜中，在温度4℃下，以500～5000rpm搅拌10～30min获得均匀溶液，在溶液中滴加磷酸钠2～6份，再将上述液体加入有冷淋剂的设备中，保持恒温4℃的塑料模具中，在温度-20℃放置2～4h，温度-80℃冷冻24～48h，温度-100℃冷冻干燥，制得载药支架材料；
3)支架材料经Co60照射消毒后储存于温度4℃的设备中。
该支架材料以季铵化壳聚糖为主要基质，形成适合牙周组织细胞长入的网状结构，孔隙大小为50～150μm，包埋葡萄糖氧化酶并负载抗炎蛋白，能在血糖浓度异常11～15mmol/L以上时，迅速显著释放药物。
结构表征与性能测试：
1、采用Jeol JSM-5400LV型扫描电镜对可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架
材料进行测试，结果详见图1～5所示。
结果表明：获得的产品具有适合牙周组织细胞长入的网状结构，孔隙大小为50～150μm。
2、采用Hitachi U-3900H型分光光度计对不同浓度糖溶液中的支架材料进行药物释放特性测试，结果详见图6～10所示。
结果表明：获得的产品能在血糖浓度异常11～15mmol/L以上时，迅速显著释放药物。
本发明具有如下优点：
1、本发明的支架材料，其孔隙大小为50～150μm，适合牙周组织细胞长入。
2、本发明的支架材料采用的交联剂不影响蛋白活性，支架上负载抗炎蛋白能够在血糖浓度异常升高时迅速释放，抵抗高血糖引起的炎症状态，有利于牙周组织修复的微环境。
3、本发明所使用的材料为可吸收降解材料，无毒无害，无需二次手术，有利于糖尿病高糖状态下牙周组织缺损修复。
附图说明
图1为实施例1支架材料的扫描电镜图
图2为实施例2支架材料的扫描电镜图
图3为实施例3支架材料的扫描电镜图
图4为实施例4支架材料的扫描电镜图
图5为实施例5支架材料的扫描电镜图
图6为实施例1支架材料在不同浓度糖溶液中的释药曲线图
图7为实施例2支架材料在不同浓度糖溶液中的释药曲线图
图8为实施例3支架材料在不同浓度糖溶液中的释药曲线图
图9为实施例4支架材料在不同浓度糖溶液中的释药曲线图
图10为实施例5支架材料在不同浓度糖溶液中的释药曲线图
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1：
本实施例提供可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料，具体按照以下步骤实施：
1)季铵化壳聚糖的制备；
在室温条件下，将壳聚糖∶异丙醇＝1∶8的质量比加入反应釜中，用碱调节溶液pH﹦8，水浴升温至75℃，加入浓度为5wt％的2，3-环氧丙基三甲基氯化铵水溶液5份，恒温反应12h，产物用丙酮泡洗、抽滤、并冷冻干燥、得到季铵化壳聚糖；
2)可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料的制备；
将胶原溶于0.1％醋酸溶液中形成0.1wt％的胶原溶液后，以碱调节溶液pH﹦7，按照天然可降解物质溶液10份、季铵化壳聚糖10份、葡萄糖氧化酶1份、抗炎蛋白10份的比例加入反应釜中，在温度4℃下，以5000rpm搅拌30min获得均匀溶液，在溶液中滴加磷酸钠2份，再将上述液体加入有冷淋剂的设备中，保持恒温4℃的塑料模具中，在温度-20℃放置4h，温度-80℃冷冻24h，温度-100℃冷冻干燥，制得载药支架材料；
3)支架材料经Co60照射消毒后储存于温度4℃的设备中。
扫描电子显微镜结果分析如图1所示，所制备的支架横切面为蜂巢状结构，规则排列，经分析可知，该支架孔隙平均直径为85μm，适于牙周组织细胞长入。如图6所示在含不同浓度葡萄糖的磷酸盐缓冲液中，该支架材料的抗炎蛋白TNF-α抗体具有不同的释放率，在血糖浓度异常升高时能有效释放，具有良好的血糖感应药物控释效果。
实施例2：
本实施例提供可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料，具体按照以下步骤实施：
1)季铵化壳聚糖的制备
在室温条件下，将壳聚糖∶异丙醇＝1∶15的质量比加入反应釜中，用碱调节溶液pH＝13，水浴升温至99℃，加入浓度为10wt％的2，3-环氧丙基三甲基氯化铵水溶液10份，恒温反应24h，产物用丙酮泡洗、抽滤、并冷冻干燥、得到季铵化壳聚糖；
2)可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料的制备；
采用明胶代替胶原溶于醋酸中形成5wt％明胶溶液，其余工艺步骤和工艺条件与实施例1步骤2相同。
扫描电子显微镜结果分析如图2所示，所制备的支架横切面为蜂巢状结构，规则排列，经分析可知，该支架孔隙平均直径为92μm，适于牙周组织细胞长入。如图7所示在含不同浓度葡萄糖的磷酸盐缓冲液中，该支架材料的抗炎蛋白TNF-α抗体具有不同的释放率，在血糖浓度异常升高时能有效释放，具有良好的血糖感应药物控释效果。
实施例3：
本实施例提供可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料，具体按照以下步骤实施：
1)季铵化壳聚糖的制备；
在室温条件下，将壳聚糖∶异丙醇＝1∶10的质量比加入反应釜中，用碱调节溶液pH﹦10，水浴升温至80℃，加入浓度为7wt％的2，3-环氧丙基三甲基氯化铵水溶液8份，恒温反应24h，产物用丙酮泡洗、抽滤、并冷冻干燥、得到季铵化壳聚糖；
2)可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料的制备；
采用海藻酸钠蛋白代替胶原并溶于双蒸水中形成1wt％的溶液，其余工艺步骤和工艺条件与实施例1步骤2相同。
扫描电子显微镜结果分析如图3所示，所制备的支架横切面为蜂巢状结构，规则排列，经分析可知，该支架孔隙平均直径为77μm，适于牙周组织细胞长入。如图8所示在含不同浓度葡萄糖的磷酸盐缓冲液中，该支架材料的抗炎蛋白TNF-α抗体具有不同的释放率，在血糖浓度异常升高时能有效释放，具有良好的血糖感应药物控释效果。
实施例4：
本实施例提供可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料，具体按照以下步骤实施：
1)与实施例1的步骤1相同；
2)可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料的制备；
将胶原溶于醋酸溶液中形成2wt％的胶原溶液后以氢氧化钠调节溶液pH＝7.5，以海藻酸钠蛋白溶于双蒸水中形成2wt％溶液后，按照胶原溶液15份、海藻酸钠蛋白溶液15份、季铵化壳聚糖15份、葡萄糖氧化酶5份、TNF-α抗体蛋白10份的比例将上述物混合，其余工艺步骤和工艺条件与实施例2步骤2相同。
扫描电子显微镜结果分析如图4所示，所制备的支架横切面为蜂巢状结构，规则排列，经分析可知，该支架孔隙平均直径为87μm，适于牙周组织细胞长入。如图9所示在含不同浓度葡萄糖的磷酸盐缓冲液中，该支架材料的抗炎蛋白TNF-α抗体具有不同的释放率，在血糖浓度异常升高时能有效释放，具有良好的血糖感应药物控释效果。
实施例5：
本实施例提供可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料，具体按照以下步骤实施：
1)与实施例2的步骤1相同；
2)可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料的制备；
将明胶溶于醋酸溶液中形成3wt％的明胶溶液后以氢氧化钠调节溶液pH＝7，以海藻酸钠蛋白溶于双蒸水中形成3wt％溶液后，按照明胶溶液20份、海藻酸钠溶液20份、季铵化壳聚糖20份、葡萄糖氧化酶5份、TNF-α抗体蛋白15份的比例将上述物混合，其余工艺步骤和工艺条件与实施例3步骤2相同。
扫描电子显微镜结果分析如图5所示，所制备的支架横切面为蜂巢状结构，规则排列，经分析可知，该支架孔隙平均直径为101μm，适于牙周组织细胞长入。如图10所示在含不同浓度葡萄糖的磷酸盐缓冲液中，该支架材料的抗炎蛋白TNF-α抗体具有不同的释放率，在血糖浓度异常升高时能有效释放，具有良好的血糖感应药物控释效果。
Claims (2)
1.一种可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料，其特征在于该支架材料的起始原料由以下组分组成，按重量计为：
其中，天然可降解物质为胶原、明胶、纤维蛋白中的至少一种；
该支架材料以季铵化壳聚糖为主要基质，形成适合牙周组织细胞长入的网状结构，孔隙大小为50～150μm，包埋葡萄糖氧化酶并负载抗炎蛋白，能在血糖浓度异常11～15mmol/L以上时，迅速释放药物。
2.根据权利要求1所述可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)季铵化壳聚糖的制备
在室温条件下，将壳聚糖∶异丙醇＝1∶8～15的质量比加入反应釜中，用碱调节溶液pH＝8～13，水浴升温至75～99℃，加入浓度为5～10wt％的2，3-环氧丙基三甲基氯化铵水溶液5～15份，恒温反应12～24h，产物用丙酮泡洗、抽滤、并冷冻干燥、得到季铵化壳聚糖；
2)可用于牙周治疗的血糖感应控释药物的支架材料的制备
将胶原或明胶或纤维蛋白溶于0.5～5％稀盐酸溶液或0.1～1％稀醋酸溶液中形成浓度为0.1～5wt％的溶液，以碱调节溶液pH＝6.5～7.5，按照天然可降解物质溶液10～20份、季铵化壳聚糖10～20份、葡萄糖氧化酶1～5份、抗炎蛋白5～15份的比例加入反应釜中，在温度4℃下，以500～5000rpm搅拌10～30min获得均匀溶液，在溶液中滴加磷酸钠2～6份，再将上述液体加入有冷淋剂的设备中，保持恒温4℃的塑料模具中，在温度-20℃放置2～4h，温度-80℃冷冻24～48h，温度-100℃冷冻干燥，制得载药支架材料；
3)支架材料经Co60照射消毒后储存于温度4℃的设备中。
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