CN105037785A - 复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料及其制备方法，通过将复合糖胺聚糖的聚氨酯基多孔材料置于含0.1-3μg/mL促血管生长因子的磷酸盐缓冲溶液中，在4-37℃温度下浸泡1-120分钟，然后用磷酸盐缓冲溶液重复漂洗多次，每次漂洗1-120分钟，冻干后而得。本发明具有良好的透气性和吸水性，可促进创面血管再生和皮肤组织修复，减少瘢痕形成等优点。

Description

复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯基多孔材料，特别涉及一种复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料及其制备方法。

背景技术

皮肤的烧伤、创伤或溃殇是十分常见的外科病症。皮肤的缺损轻则影响病人的外表美观，重则引发感染或电解质与水分的大量流失，导致病人的死亡。皮肤组织虽然具有较强的再生能力，但是对于大面积的全层皮肤缺损，皮肤自发再生的能力不足，往往形成瘢痕组织而非正常的皮肤。迄今为止，自体皮移植仍然是临床治疗全层皮肤缺损最有效的方法。但是该方法面临着自体皮供应不足和造成病人二次损伤的缺点。

再生医学材料的出现为皮肤创面的修复和再生提供了一条崭新的治疗途径，但是，目前各种皮肤再生材料的治疗效果还显著低于自体皮片移植，其中一个主要原因是再生材料的血管化速度较自体皮片慢，所以加快再生材料的血管化速度是提高其治疗效果的关键因素。目前，应用具有促进血管生成作用的生长因子是促进组织工程化皮肤血管化的一个较好办法。

多种生长因子，如血管内皮细胞因子（VEGF）、血管生成素（angiogenin）、血小板样生长因子（PDGF）和碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）均被认为有较强的促进血管新生能力，往往纳克级每毫升的浓度即可起作用。但这些生长因子在体内的半衰期非常短，在数分钟之内即降解而失去生物活性，所以解决其应用的关键就是能获得生长因子的持续释放系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料，与传统敷料相比，具有良好的透气性和吸水性，可促进创面血管再生和皮肤组织修复，减少瘢痕形成等优点。

本发明还提供了上述复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料的制备方法，工艺简单可行，重复性好、生产效率高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料，通过将复合糖胺聚糖的聚氨酯基多孔材料置于含0.1-3μg/mL促血管生长因子的磷酸盐缓冲溶液中，在4-37℃温度下浸泡1-120分钟，然后用磷酸盐缓冲溶液重复漂洗多次，每次漂洗1-120分钟，冻干后而得。

复合糖胺聚糖的聚氨酯基多孔材料由亲水性聚氨酯材料和糖胺聚糖复合而成，含有大量直径为20~300微米的连通小孔。其中聚氨酯材料提供一定的力学强度和空间；糖胺聚糖模拟皮肤的细胞外基质，一方面提高多孔材料的吸水性和细胞相容性，另一方面可吸附固定血管生长因子，加快皮肤创口的血管化和组织再生。本发明制备方法简单、生产效率高，促进血管和皮肤再生效果显著，具有良好的应用前景。

作为优选，所述复合糖胺聚糖的聚氨酯基多孔材料由以下质量百分比计的组分混合后发泡而成：聚氨酯预聚物40-60%，起泡剂10-50%，交联剂5-40%，糖胺聚糖0.5-5%。本发明通过控制聚氨酯预聚物、起泡剂、交联剂、糖胺聚糖的配比及各组分具体种类的选择，从而获得透气、吸水性及细胞相容性良好的材料。

作为优选，所述聚氨酯预聚物由0.1-1mol的聚醚多元醇与1-3mol的二异氰酸酯反应而得。

作为优选，所述聚醚多元醇为环氧乙烷与环氧丙烷的无规聚合物，其分子量为1000-5000D，其中环氧乙烷含量为50-90%。

作为优选，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、亚己基二异氰酸酯中的一种或几种。

作为优选，所述起泡剂为三氯甲烷或水。

作为优选，所述交联剂为丙三醇、1,4-丁二醇、山梨醇或分子量为600-2000D的聚乙二醇。

作为优选，所述糖胺聚糖选自透明质酸、硫酸软骨素、肝素中的一种或几种。

作为优选，所述促血管生长因子选自血管内皮细胞因子、血管生成素、血小板样生长因子、碱性成纤维细胞生长因子中的一种或几种。

一种复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）聚氨酯预聚物的制备：将0.1-1mol的聚醚多元醇与1-3mol的二异氰酸酯加入圆底烧瓶，机械搅拌混合均匀，加热到60℃，反应6-12小时，得聚氨酯预聚物；

（2）复合糖胺聚糖的聚氨酯基多孔材料的制备：将聚氨酯预聚物、起泡剂、交联剂和糖胺聚糖搅拌混合均匀，将所得混合物转移到模具中，在25-100℃下发泡成型得胶原复合亲水性聚氨酯泡沫敷料；

（3）复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料的制备：将复合糖胺聚糖的聚氨酯基多孔材料置于含0.1-3μg/mL促血管生长因子的pH7.2磷酸盐缓冲溶液中，在4-37℃温度下浸泡1-120分钟，然后用pH7.2磷酸盐缓冲溶液重复漂洗多次，每次漂洗1-120分钟，冻干后得复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料。

本发明的有益效果是：

1、本发明首先使用糖胺聚糖（GAGs）在发泡过程中同步修饰聚氨酯基多孔材料。利用糖胺聚糖和促血管生长因子的特殊亲和力（相当于较弱的共价键），将其复合到聚氨酯基多孔材料中，实现缓释并保持其生理活性。

2、本发明的方法不破坏促血管生长因子的生物活性，而且不影响多孔材料的特定微结构，适合于结构复杂的多孔材料的改性。

3、本发明工艺简单可行，重复性好、生产效率高，所构建的活性材料可以显著地促进血管和皮肤组织再生。

4、本发明与传统敷料相比，具有良好的透气性和吸水性，可促进创面血管再生和皮肤组织修复、减少瘢痕形成等优点。

附图说明

图1是复合肝素的聚氨酯多孔材料的代表性图片。

图2是本发明材料中的生长因子的释放曲线（上）和本发明材料对人成纤维细胞的影响（下）。

图3鼠（上图）和猪（下图）的正常皮肤和复合血管内皮生长因子的多孔材料诱导创面再生的组织切片。HE染色发现愈合后创面皮肤具有和正常皮肤相近的微观结构，未见明显的瘢痕结构。

图4是本发明材料修复猪全层皮肤缺损2周后的大体观察、组织学观察和CD31免疫组化染色结果（新生血管标志物）。结果发现本发明材料组（复合促血管生长因子组）能显著增加血管的再生（组织切片中的红色为血管断面，CD31红棕色着色为血管比的内皮细胞）。

图5是本发明材料修复猪全层皮肤缺损过程中新生组织的血管密度。本发明材料组（复合促血管生长因子组）中的血管密度显著高于对照组（聚氨酯/糖胺聚糖组，未复合促血管生长因子）。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

本发明的原料聚醚多元醇-环氧乙烷与环氧丙烷的无规聚合物（分子量为1000-5000D，其中环氧乙烷含量为50-90%）为市售产品，购自美国陶氏化学voranol聚醚多元醇，批号是voranol3010，voranolCP系列。

透明质酸、硫酸软骨素、肝素、血管内皮细胞因子、血管生成素、血小板样生长因子、碱性成纤维细胞生长因子均为市售产品。

实施例1：

（1）聚氨酯预聚物的制备：将150g环氧乙烷/环氧丙烷无规聚合物（平均分子量为2kD，环氧乙烷含量为80%）和18g的甲苯二异氰酸酯加入圆底烧瓶，机械搅拌混合均匀，加热到60℃，反应6小时，从而生成具有异氰酸酯端基的聚氨酯预聚物。在反应的中间阶段，产物被取样，根据滴定法使用n-丁胺标准溶液测定异氰酸酯基团的含量。

（2）复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料的制备：混合50wt%的步骤（1）中得到的聚氨酯预聚物、39wt%的蒸馏水作为起泡剂、10wt%的山梨醇作为交联剂和1wt%的肝素（配成10mg/mL溶液后使用）。将所得混合物以3000rpm的速度搅拌30秒，转移到预设形状的模具中，在40℃下发泡15分钟，获得具有特定形状的复合肝素的聚氨酯多孔材料（见图1）。所得多孔材料具有大量直径为20~300微米的连通小孔，孔隙率达到92%，其密度为0.20g/cm³。

（3）复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料的制备：将上述复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料置于含0.1μg/ml的血管内皮细胞生长因子VEGF的pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液中，在4℃温度下浸泡120分钟，然后用pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液重复漂洗3次，每次漂洗1分钟。冻干后得到复合血管内皮生长因子的聚氨酯多孔材料。

实施例2：

步骤（1）聚氨酯预聚物的制备：使用的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯或亚己基二异氰酸酯，其它同实施例1。

实施例3：

步骤（1）聚氨酯预聚物的制备：环氧乙烷与环氧丙烷的无规聚合物（平均分子量为2kD，环氧乙烷含量为50%），其它同实施例1。

实施例4：

步骤（2）复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料的制备：混合60wt%的步骤（1）中得到的聚氨酯预聚物、29wt%的蒸馏水作为起泡剂、10wt%的山梨醇作为交联剂和1wt%的肝素（配成10mg/mL溶液后使用）。其它同实施例1。所得复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料的孔径变化不大，但孔隙率下降至85.7%，密度上升至0.23g/cm³。

实施例5：

步骤（2）复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料的制备：使用1,4-丁二醇、甘油或分子量为600-2000D的聚乙二醇作为交联剂，其它同实施例1。所得复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料的制备的孔径和孔隙率变化不大，密度也基本保持不变。

实施例6：

步骤（2）复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料的制备：混合50wt%的步骤（1）中得到的聚氨酯预聚物、35wt%的蒸馏水作为起泡剂、10wt%的山梨醇作为交联剂和5wt%的肝素（配成10mg/mL溶液后使用）。其它同实施例1。所得复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料的孔径变化不大，密度也基本保持不变。

实施例7：

步骤（2）复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料的制备：混合50wt%的步骤（1）中得到的聚氨酯预聚物、39wt%的蒸馏水作为起泡剂、10wt%的山梨醇作为交联剂和1wt%的透明质酸或硫酸软骨素（配成10mg/mL溶液后使用）。其它同实施例1。所得复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料的孔径变化不大，密度也基本保持不变。但负载血管内皮生长因子的能力略有不同。

实施例8：

步骤（3）复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料的制备：将上述复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料置于含3μg/ml的血管内皮细胞生长因子VEGF的pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液中，其它同实施例1。所得产品中负载的VEGF量大幅提高。

实施例9：

步骤（3）复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料的制备：将上述复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料置于含0.1μg/ml的血管内皮细胞生长因子VEGF的pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液中，在4℃温度下浸泡1分钟，然后用pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液重复漂洗3次，每次漂洗1分钟。冻干后得到复合血管内皮生长因子的聚氨酯多孔材料。其它同实施例1。所得产品中负载的VEGF量大幅降低。

实施例10：

步骤（3）复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料的制备：将上述复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料置于含0.1-0.3μg/ml的血管生成素（angiogenin）、血小板样生长因子（PDGF）或碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）的pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液中，在4℃温度下浸泡120分钟，然后用pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液重复漂洗3次，每次漂洗1分钟。

实施例11：

步骤（3）复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料的制备：将上述复合糖胺聚糖的聚氨酯多孔材料置于含0.1μg/ml的血管内皮细胞生长因子VEGF的pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液中，在4℃温度下浸泡120分钟，然后用pH值为7.2的磷酸盐缓冲溶液重复漂洗3次，每次漂洗120分钟。冻干后得到复合血管内皮生长因子的聚氨酯多孔材料。所得产品中负载的VEGF量有一定降低。

本发明的产品中生长因子的释放曲线见图2，从图2（上）可以看出，本发明的的产品中生长因子是缓慢释放的。图2（下）表面，本发明的产品负载不同的生长因子对细胞增殖的效果，从图中可知，负载血管内皮细胞因子的多孔材料促进细胞增殖的效果最佳。

动物实验评价

将实施例l得到的产品移植于大鼠或猪背部皮肤全层缺损处，经常规缝合包扎，分别于术后21天和90天后评价创面愈合情况（图3）。图4和图5显示负载血管内皮生长因子的多孔材料可明显促进血管再生。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料，其特征在于，通过将复合糖胺聚糖的聚氨酯基多孔材料置于含0.1-3μg/mL促血管生长因子的磷酸盐缓冲溶液中，在4-37℃温度下浸泡1-120分钟，然后用磷酸盐缓冲溶液重复漂洗多次，每次漂洗1-120分钟，冻干后而得。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯基多孔材料，其特征在于：所述复合糖胺聚糖的聚氨酯基多孔材料由以下质量百分比计的组分混合后发泡而成：聚氨酯预聚物40-60%，起泡剂10-50%，交联剂5-40%，糖胺聚糖0.5-5%。

3.根据权利要求2所述的聚氨酯基多孔材料，其特征在于：所述聚氨酯预聚物由0.1-1mol的聚醚多元醇与1-3mol的二异氰酸酯反应而得。

4.根据权利要求3所述的聚氨酯基多孔材料，其特征在于：所述聚醚多元醇为环氧乙烷与环氧丙烷的无规聚合物，其分子量为1000-5000D，其中环氧乙烷含量为50-90%。

5.根据权利要求3所述的聚氨酯基多孔材料，其特征在于：所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、亚己基二异氰酸酯中的一种或几种。

6.根据权利要求2所述的聚氨酯基多孔材料，其特征在于：所述起泡剂为三氯甲烷或水。

7.根据权利要求2所述的聚氨酯基多孔材料，其特征在于：所述交联剂为丙三醇、1,4-丁二醇、山梨醇或分子量为600-2000D的聚乙二醇。

8.根据权利要求2所述的聚氨酯基多孔材料，其特征在于：所述糖胺聚糖选自透明质酸、硫酸软骨素、肝素中的一种或几种。

9.根据权利要求1或2所述的聚氨酯基多孔材料，其特征在于：所述促血管生长因子选自血管内皮细胞因子、血管生成素、血小板样生长因子、碱性成纤维细胞生长因子中的一种或几种。

10.一种如权利要求1所述的复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）聚氨酯预聚物的制备：将0.1-1mol的聚醚多元醇与1-3mol的二异氰酸酯加入圆底烧瓶，机械搅拌混合均匀，加热到60℃，反应6-12小时，得聚氨酯预聚物；

（2）复合糖胺聚糖的聚氨酯基多孔材料的制备：将聚氨酯预聚物、起泡剂、交联剂和糖胺聚糖搅拌混合均匀，将所得混合物转移到模具中，在25-100℃下发泡成型得胶原复合亲水性聚氨酯泡沫敷料；

（3）复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料的制备：将复合糖胺聚糖的聚氨酯基多孔材料置于含0.1-3μg/mL促血管生长因子的pH7.2磷酸盐缓冲溶液中，在4-37℃温度下浸泡1-120分钟，然后用pH7.2磷酸盐缓冲溶液重复漂洗多次，每次漂洗1-120分钟，冻干后得复合促血管生长因子的聚氨酯基多孔材料。