CN104758985B - 一种捕获内皮祖细胞EPCs的新型抗凝血支架涂层的制备方法 - Google Patents

一种捕获内皮祖细胞EPCs的新型抗凝血支架涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种捕获内皮祖细胞EPCs的新型抗凝血支架涂层的制备方法,其主要步骤是先对材料表面进行羟基化处理,然后在Tris‑base(pH8.5,2mg/ml)溶液中溶解多巴胺,然后在材料表面37℃沉积一层或者多层多巴胺膜,然后根据pH和EDC/NHS浓度调节反应条件,最后在37℃条件下共价接枝CD133+(0.8~3.2ug/ml)和Fucoidan(50‑400ug/ml)的混合生物获得目标产物。本发明具有操作简单,反应条件温和,效率高,成本低优点。其目标物涂层由于低分子量岩藻聚糖的作用,具有较强的抗血栓,抗凝血和抑制平滑肌内膜增生的作用,能够快速地捕获外周血的内皮祖细胞,从而诱导其分化成内皮细胞,形成完整的内皮细胞层,具有优异抗凝血性能和生物相容性。

Description

一种捕获内皮祖细胞EPCs的新型抗凝血支架涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及生物医学工程材料,尤其是获得具有良好血液相容性的捕获干细胞及内皮祖细胞EPCs的多功能涂层。
背景技术
据世卫组织报到,心血管疾病已成为人们死亡的主要杀手,PCI支架介入手术治疗是较为成熟有效的方法,能够极大的减轻人们的痛苦和降低死亡率。然而,在介入手术治疗后,再狭窄和晚期血栓在支架介入后3-6个月仍然有高达30%的比率发生,这主要由于支架表面生物相容性和功能性的不足,不能够快速的形成完整连续的内皮层所致。血管内层主要由单层的内皮细胞和基膜构成,中层主要有平滑肌细胞构成,新生内膜的形成主要通过内皮细胞的迁移、增殖,以及EPCs内皮祖细胞的动员、归巢和分化共同作用,内膜增生的主要原因是由于SMCs平滑肌细胞的快速增生所导致的,因此如何快速内皮化成为发展新的血管介入器械的研究热点和主要策略。EPCs是内皮细胞ECs的前体细胞,能够通过一定的信号路径和信号因子分化成内皮细胞,在人体组织受到损伤时,来自于骨髓中的外周血EPCs细胞被大量动员起来参与缺血组织的修复。晚期血栓的发生主要取决于材料和血液接触的界面的相互排斥所产生的,因此可以通过构建具有多功能的生物分子涂层在能够促进血管表面的快速内皮化的同时提高材料的生物相容性,避免内膜增生和晚期血栓发生,这是一种十分完美的设想。当前流行的策略是构建能够仿生细胞外基质膜的组成和构建促进内皮细胞生长的友好微环境,亦或诱导归巢内皮细胞生长的生物工程涂层等,例如构建肝素heparin,REDV多肽,VEGF生长因子的混合涂层,当然,最具有创新性的策略是通过捕获外周血中EPCs,从而最大化的促进血管的快速内皮化。应用CD34+抗体涂层的血管支架的显著降低了再狭窄和晚期血栓的发生,但是CD34+不是EPCs的特异性标记物,还能够分化成其它的细胞,从而导致再狭窄的产生,因此循环血液中的其它细胞也能管被CD34+抗体捕获,如红细胞和成纤维细胞被捕获等。CD133+作为造血干细胞和EPCs的特异性标记物,属于CD34+抗体家族一员,CD133+抗体能够有效捕获外周血中的EPCs祖细胞和造血干细胞,研究表明CD133+细胞能够有效提高损伤组织功能的恢复,同时动员EPCs细胞参与血管修复。然而,在大多数情况下,往往促进内皮化的同时,植入材料表面的抗凝血性能和血液相容性较差,例如胞外基质蛋白,CD133等,因此我们还需要共接枝一种具有优秀生物相容性的生物分子。低分子量岩藻聚糖Fucoidan(来自于fucus vesiculosus)是一种褐藻中提取的水溶性的硫酸盐多糖,相关研究表明低分子量岩藻聚糖LMWF(分子量小于10000)具有抑制平滑肌的生长从而达到控制内膜增生的目的,同时由于较高的硫酸盐含量,有着优良的抗凝血作用,能够通过束缚纤维胶原抑制抗凝血达到提高生物相容性的目的。尤为重要的是岩藻聚糖Fucoidan还可以促进内皮祖细胞EPCs增殖和动员EPCs迁移参与血管修复成管的能力,因此低分子量岩藻聚糖LMWF作为一种理想的生物分子共同构建捕获和趋化EPCs的良好的生物相容性的多功能涂层。多巴胺做为一种理想的生物仿生涂层基底,它具有极好的粘附性能在各种材料表面吸附,并且潜在做为反应平台固定各种蛋白,以及其优良的血液相容性。EDC/NHS/MES做为反应共价偶联剂,能够催化加速共价固定生物的涂层固定,相较其他物理化学的方法,相对稳定可靠和可重复性,随后我们通过QCM-D筛选出最优的pH和EDC/NHS/MES浓度作为构建CD133和Fucoidan的多功能复合涂层的反应条件。
发明内容
鉴于现有技术的以上缺点,本发明的目的是获得一种用于捕获内皮祖细胞的血管支架的抗凝血材料表面涂层的制备技术。目标物涂层的制备具有更好的材料涂层的生物相容性和血液相容性。并使其具有具备操作简单,成本相对低廉的优点。
本发明为解决其技术问题,所采用的步骤如下:
一种捕获内皮祖细胞EPCs的新型抗凝血支架涂层的制备方法,由如下步骤获得:
a)将需要的基底支架依次用SDS,乙醇,去离子水超声清洗三次,每次10min,然后干燥处理;
b)基底支架羟基化处理:将a)处理完成的基底支架放入浓硫酸与双氧水按照体积比7:3配比配制的溶液中在100℃浸泡2h;然后用去离子水清洗3次,每次5min;
c)将b)步所得羟基化基底支架放到Tris-base(10mM,pH8.5)缓冲溶液中,浸泡8h,然后用离子水超声清洗3次,每次5min,然后继续浸泡,连续3次,获得表面沉积多巴胺薄膜的基底支架,密封保存;
d)将配好的CD133溶液和Fucoidan各50ul滴加到玻片表面;在37℃的孵箱中反应4h,然后用RO水清洗3次,然后用N2干燥,得到目标产物。
采用本发明方法制备的CD133/Fucoidan心血管支架多功能涂层,能够捕获外周血的干细胞及前期EPCs细胞,并且具有优异的抗凝血能力,显著降低血小板的激活程度,因此能够达到促进材料表面快速内皮化和成管的能力,并且能够降低晚期血栓,避免突发性死亡事件的发生。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
1、传统的快速内皮化的方法,是在材料表面构建基于血管微环境的仿生涂层,在促进ECs细胞生长的同时,抑制平滑肌的增生,但是该种方法快速内皮化效率较低,不能够提高和调动EPCs内皮祖细胞参与血管修复,EPCs在新血管的形成中发挥着巨大的作用,能够保护缺血的器官组织,分化为ECs内皮细胞,从而加速加速内皮化,避免再狭窄。
2、本发明的CD133/Fucoidan捕获涂层可以高效的捕获外周血中来自骨髓的CD133,从而加速血管修复。
3、现有的CD34+捕获支架在商业应用中获得很大的成功,但是存在着许多的不足,它不是EPCs细胞的特异性标记物,有着很大的局限性,某些情况下还可能使再狭窄恶化。CD133作为造血干细胞和内皮祖细胞的一部分,具有很大的特异性和针对性,甚至还有EPCs的某些共同特性,能够调动血液中的ECs迁移和EPCs的分化,从而参与血管的分化和功能的修复。
4、已有的CD133支架只针对了造血干细胞的研究,并且没有基于对材料涂层的抗凝血的提高,对于后期的晚期血栓和炎性反应没有考虑进去,因此有一定的局限性。因此本发明具有很强的应用潜力。
采用本方法制备的涂层,多巴胺dopamine具有的很强的生物相容性,并且具有粘附性能,能够吸附在多种材料表面,如惰性材料陶瓷,合金材料镍钛合金NiTI和NiCr,金属不锈钢和氧化钛等,同时具有优异的官能团,能够固定那些含有巯基,羧基和氨基的生物分子。并且采取EDC/NHS偶联剂作为共价级联反应,能够加快和稳定接枝的蛋白抗体。
本发明制备的涂层均匀厚度小于50nm,原料投入较小,并且还可以在材料表面进行各生物分子含量的调控,因此本发明简便,适用性较强,成本低廉可靠。
本发明采用的低分子量岩藻聚糖Fucoidan,具有优异的抗凝血性能,并且抑制炎性反应,平滑肌SMCs的生长和降低蛋白水解,可用于炎性患者的治疗,还有一些研究表明LMWF通过FGF-2和VEGF调控EPCs参与血管的修复,因此与CD133有一些叠加作用。是一种优于肝素的抗凝血的生物分子。
附图说明
图1a):QCM中的Δf图;b):不同反应条件的Δf值变化图。由于Δf的变化同吸附量的变化成正比
图2不同表面改性后样品的全谱和C元素的高分辨谱,(G,D,C1.6和F100分别为钛合金,Dopamine和CD133浓度1.6ugml以及Fucoidan浓度100ug/ml);其中a)不同样品的高分辨谱;b)为不同样品C元素的高分辨谱。
图3不同涂层表面的血小板粘附光镜图;
图4不同浓度CD133接枝后的QCM-D图以及罗丹明染色后的涂层表面的荧光显微镜图片(通入EPCs细胞浓度4*10^4cells/ml)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细描述。
需要说明的是,基底支架可以由现有的常规基底材料充当,比如:惰性材料陶瓷,合金材料镍钛合金,金属不锈钢和氧化钛等,以下的基底支架虽然是以氧化钛为例的,但实际基底支架材料的选择不限于举例。
QCM-D实施方案1
1.利用金片制备好沉积多巴胺的样品;
2.然后用SDS,UP水依次清洗QCM-D通道;
3.放置样品,然后打开软件,设置好温度37℃,检测仪器灵敏度;
4.开始跑空气,检测QCM-D金片是否完好;然后通入MES缓冲液
5.待基线跑平后,通入EDC/NHS/MES溶液约30min,获得较为平台的基线后,通入CD133溶液,然后观察频率和耗散的变化;
6.最后等4h左右,通入Fucoidan溶液;待基线跑平后,最后融入MES溶液,实验结束,分析数据。
QCM-D实施方案2
1.利用金片制备好接枝有CD133的样品;
2.然后用SDS,UP水依次清洗QCM-D通道;
3.放置样品,然后打开软件,设置好温度37℃,检测仪器灵敏度;
4.开始跑空气,检测QCM-D金片是否完好;然后通入PBS缓冲液
5.待基线跑平后,通入αMEM(含有牛血清蛋白10%)培养基溶液约30min,获得较为平台的基线;
6.通入含有牛血清蛋白的EPCs细胞溶液(细胞密度约为10^4/ml),;最后等8h左右,然后观察频率和耗散的变化,实验结束,分析数据。
实施例1
1.将氧化钛支架依次用SDS,酒精(乙醇),RO水(去离子水)超声清洗三次,每次10min,然后干燥处理;
2.将玻片羟基化处理:将玻片放入浓硫酸与双氧水按照体积比7:3配比(V%:V%=7:3)在100℃中浸泡2h;然后用RO水清洗3次,每次5min;
3.然后立即将上述样品放到Tris-base(10mM,pH8.5)缓冲溶液中,放入摇床中密封晃动1h左右,然后敞开摇动11h左右。然后用RO水超声清洗3次,冷风吹干。
4.然后配置pH5.4的EDC/NHS/MES(1omM/20mM/50mM)PBS溶液10ml,然后用EDC稀释CD133溶液浓度到0.8-3.2ug/ml和Fucoidan浓度50-400ug/ml;将配好的CD133溶液和Fucoidan各50ul滴加到玻片表面;在37℃的孵箱中反应4h,然后用RO水清洗3次,然后用N2干燥,即可得到所需要的多功能涂层。
实施例2
1.将氧化钛支架依次用SDS,酒精(乙醇),RO水(去离子水)超声清洗三次,每次10min,然后干燥处理;
2.将玻片羟基化处理:将玻片放入浓硫酸与双氧水按照体积比7:3配比(V%:V%=7:3)在100℃中浸泡2h;然后用RO水清洗3次,每次5min;
3.然后立即将上述样品放到Tris-base(10mM,pH8.5)缓冲溶液中,浸泡8h,然后用RO水超声清洗3次,每次5min,然后继续浸泡,连续3次,用沉积好多巴胺薄膜的玻片密封保存;
4.然后配置pH7.4的EDC/NHS/MES(5mM/10mM/50mM)PBS溶液10ml,然后用EDC稀释CD133溶液浓度到0.8-3.2ug/ml和Fucoidan浓度50-400ug/ml;将配好的CD133溶液和Fucoidan各50ul滴加到玻片表面;在37℃的孵箱中反应4h,然后用RO水清洗3次,然后用N2干燥,即可得到所需要的多功能涂层。
实施例3
1.将氧化钛支架依次用SDS,酒精(乙醇),RO水(去离子水)超声清洗三次,每次10min,然后干燥处理;
2.将玻片羟基化处理:将玻片放入浓硫酸与双氧水按照体积比7:3配比(V%:V%=7:3)在100℃中浸泡2h;然后用RO水清洗3次,每次5min;
3.然后立即将上述样品放到Tris-base(10mM,pH8.5)缓冲溶液中,浸泡8h,然后用RO水超声清洗3次,每次5min,然后继续浸泡,连续3次,用沉积好多巴胺薄膜的玻片密封保存;
4.然后配置pH5.4的EDC/NHS/MES(1omM/20mM/50mM)PBS溶液10ml,然后用EDC稀释CD133溶液浓度到0.8-3.2ug/ml和Fucoidan浓度50-400ug/ml;将配好的CD133溶液和Fucoidan各50ul滴加到玻片表面;在37℃的孵箱中反应4h,然后用RO水清洗3次,然后用N2干燥,即可得到所需要的多功能涂层。
实施例4
1.氧化钛支架依次用SDS,酒精(乙醇),RO水(去离子水)超声清洗三次,每次10min,然后干燥处理;
2.将玻片羟基化处理:将玻片放入浓硫酸与双氧水按照体积比7:3配比(V%:V%=7:3)在100℃中浸泡2h;然后用RO水清洗3次,每次5min;
3.然后立即将上述样品放到Tris-base(10mM,pH8.5)缓冲溶液中,浸泡8h,然后用RO水超声清洗3次,每次5min,然后继续浸泡,连续3次,用沉积好多巴胺薄膜的玻片密封保存;
然后配置pH3.0的EDC/NHS/MES(1omM/20mM/50mM)PBS溶液10ml,然后用EDC稀释CD133溶液浓度到0.8-3.2ug/ml和Fucoidan浓度50-400ug/ml;将配好的CD133溶液和Fucoidan各50ul滴加到玻片表面;在37℃的孵箱中反应4h,然后用RO水清洗3次,然后用N2干燥,即可得到所需要的多功能涂层。

Claims (2)

1.一种捕获内皮祖细胞EPCs的抗凝血支架涂层的制备方法,由如下步骤获得:
a)将需要的钛合金基底支架依次用SDS,乙醇,去离子水超声清洗三次,每次10min,然后在烘箱中干燥;
b)基底钛合金支架羟基化处理:将a)处理完成的钛合金基底支架放入浓硫酸与双氧水按照体积比7:3配比配制的溶液中在100℃浸泡1h,激活钛合金基底支架表面的羟基;然后用去离子水清洗3次,每次5min;
c)将b)步所得羟基化钛合金基底支架放到多巴胺溶液中,所述多巴胺溶液为dopamin溶解到以10mM,pH8.5Tris-base中制得;每次浸泡8h,每次浸泡完后用去离子水超声清洗3次,每次5min,连续3次,获得表面沉积多巴胺薄膜的基底支架,密封保存;
d)将配好一定浓度的CD133溶液和Fucoidan溶液各50μl滴加到支架基底材料表面;在37℃的孵箱中反应4h,然后用RO水,轻轻地清洗3次,然后用 N2干燥,得到目标产物;CD133与fucoidan反应的捕获涂层可以高效捕获外周血中来自骨髓的CD133,从而加快血管修复。
2.根据权利要求1所述捕获内皮祖细胞EPCs的抗凝血支架涂层的制备方法,其特征在于,通过QCM-D筛选出最优的pH和EDC/NHS/MES浓度作为构建CD133和Fucoidan的多功能复合涂层的反应条件,所述CD133与fucoidan反应的最佳pH为pH5.4,EDC/NHS/MES的浓度分别用PBS配制为10mM,20mM,50mM,最后用EDC稀释CD133溶液浓度到0.8-3.2μg/ml。
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