CN106377798B - 一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱及其制备和应用，按重量份数，原料包括：Ⅰ型胶原蛋白/聚(乳酸‑己内酯)复合物溶液100份；抗纤维化药物溶液100份。制备：将Ⅰ型胶原蛋白/聚(乳酸‑己内酯)复合物溶液为壳层溶液；将抗纤维化药物溶液为芯层溶液，然后进行纺丝，冷冻过夜，冷冻干燥，即得。作为生物可降解、可吸收的生物材料支架，可以在尿道组织工程修复中用于抗纤维化，防止术后发生尿道再狭窄与尿道黏膜下层的过度纤维化。本发明制备方法简单高效，价格低廉，材料具有很好的力学性能，抗纤维化的效果明显，生物可降解，生物相容性好，同时释放速率和时间上都比较合理。

Description

一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱及其制备和应用
技术领域
本发明属于载药纳米材料及其制备和应用领域，特别涉及一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱及其制备和应用。
背景技术
手术后伤口处由于细胞的纤维化导致的增生疤痕是困扰着外科医生的一大难题。细胞的过度纤维化不仅会影响患者伤口恢复的情况，还有可能导致手术的失败和对病人带来二次损伤。以泌尿外科手术为例，70％以上接受过尿道在修复手术的病人都因为创面的细胞过度纤维化导致尿道再狭窄不得不接受二次手术。作为损伤愈合中的主要效应细胞，成纤维细胞能够在损伤早期合成并分泌胶原基质促进愈合。然而在损伤愈合后期，胶原过量表达造成细胞外基质大量堆积，最终形成增生性疤痕。因此，如何使成纤维细胞既能为组织工程种子细胞提供营养促进损伤愈合，又能够有效地抑制新生尿道重建后期的胶原过度分泌，降低尿道狭窄的发生率，是目前组织工程尿道修复重建的关键。利用同轴共纺技术制备可载药的纳米纤维支架为上述问题的解决提供了良好的契机。
传统的组织工程支架材料包括高分子合成材料和脱细胞基质材料。其不足之处在于：(1)合成高分子材料，如聚乙烯(PGA)、聚乳酸(PLLA)，其亲水性和生物相容性较差；且降解产物多为酸性，这将影响组织修复微环境。(2)脱细胞基质材料，如膀胱黏膜脱细胞基质(BAMG)、小肠黏膜脱细胞基质(SIS)存在一定的免疫原性，可能携带病毒等微生物，不同批次材料易出现性能和结构的变化，同时其理化结果往往在制备之初已基本定型，很难对其空间结构、物理特性及某些关键的生物学功能进行较大幅度的改造修饰。而胶原蛋白/乳酸聚已内酯(Collagen/P(LLA-CL))静电纺丝纳米纤维支架能够克服上述两种支架各自的缺点，有效地解决上述难题，同时能够携带所需要的药物或生长因子。
在静电纺丝工艺方面已经产生了数种可以制备不同形态支架的方法。同轴共纺技术是其中之一。其基本原理是在原有静电纺丝技术的原理上，对装置进行改进，将芯层和壳层材料的液体分装在两个不同的注射器中，根据需要，芯层和壳层液体可以分别是单一或多种聚合物溶液，注射器末端均连接一根内径不同的细管，保持同轴，壳层液体流出与芯层液体汇合，该技术被称为同轴共纺技术。通过控制纤维“壳层”的厚度，从而改变壳层的分解速度和内部活性物质释放的起始时间。使用“壳-芯”同轴共纺技术，电场力主要作用于外层聚合物溶液，内层的药物溶液仅受外层溶液的黏性应力，不受电场力的影响，不仅保证了生长因子等药物的活性，而且具有延时缓释特性。这一技术为构建载药纳米纤维支架奠定了基础，这也为后续在抗纤维化方面进行支架材料修饰提供了极大的可能性。
动态水流静电纺是近些年逐步发展起来的一种较新的纺丝方法。其特点是，在于其制作过程中的接收系统不是固态的，而是流动的水面。由水面接收到的数百根纳米级别的纳米纤维再被水流带动撮合成为微米级别的纤维束，收集于固态表面，形成厚度不等的纳米束网络。在冰冻干燥处理之后，这些纳米纤维束网络能够保持较大的孔隙微结构，这一特点对细胞的长入和功能表达具有重要的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱及其制备和应用，本发明克服术后由于细胞过度纤维化而增生性疤痕，以及单一静电纺丝工艺所带来的功能化不足的问题。
本发明的一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱，按重量份数，原料包括：
Ⅰ型胶原蛋白/聚(乳酸-己内酯)复合物溶液 100份；
抗纤维化药物溶液 100份。
所述Ⅰ型胶原蛋白/聚(乳酸-己内酯)复合物溶液的溶剂为六氟异丙醇，质量百分浓度为11％。
Ⅰ型胶原蛋白/聚(乳酸-己内酯)复合物中Ⅰ型胶原蛋白与聚(乳酸-己内酯)的质量比为25:75。
所述抗纤维化药物溶液的溶剂为二甲基亚砜DMSO，溶液的物质的量浓度为600μmol/mL。
抗纤维化药物为ICG-001，一种基因抑制剂(购买于Sellcek，中国)。
本发明的一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱的制备方法，包括：
将Ⅰ型胶原蛋白和聚(乳酸-己内酯)的复合物(Ⅰ型胶原蛋白购买于上海市水产研究所，聚(乳酸-己内酯)购买于济南岱罡生物科技有限公司)溶于溶剂中，室温搅拌过夜，充分溶解后超声震荡去除气泡，得到壳层溶液(Ⅰ型胶原蛋白/聚(乳酸-己内酯)复合物溶液)；将抗纤维化药物溶于溶剂中，得到芯层溶液，然后进行纺丝，冷冻过夜，冷冻干燥，即得抑制纤维化的生物可降解纳米纱。
所述纺丝为：同轴共纺技术与动态水流静电纺丝技术结合进行纺丝(见图1)按图1所示从上至下的顺序依次为：同轴纺丝装置(同轴针头)、带孔的水盆、旋转接收装置，水槽以及水泵。
所述纺丝工艺参数为：胶原蛋白Ⅰ/聚(乳酸-己内酯)/六氟异丙醇溶液作为壳层(10mL)，抗纤维化药物ICG-001/DMSO溶液作为芯层(1mL)，温度20-25℃，相对湿度50-60％，壳层纺丝流速1.0-1.2mL/h，芯层纺丝流速0.1-0.2mL/h，纺丝电压13-15kV，时间为5-10h。
所述冷冻过夜为-80℃条件冷冻过夜；冷冻干燥为：-80℃条件下，在冷冻干燥机内低温干燥，冷冻干燥18-24h，得到最后成型的载抗纤维化药物的纳米纱。
本发明的一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱的应用，其特征在于：所述抑制纤维化的生物可降解纳米纱作为组织工程支架的应用。
所述抑制纤维化的生物可降解纳米纱在尿道组织修复中抗纤维化的应用。
本发明负载抗纤维化药物的纳米纱为生物可降解、可吸收的生物材料支架，可以在尿道组织工程修复中用于抗纤维化，防止术后发生尿道再狭窄与尿道黏膜下层的过度纤维化。
有益效果
本发明可以对所载药物进行缓慢释放，相比于传统的静电纺丝纳米纤维，这种纳米纱具有更高的孔径(50-200μm)和孔隙率(80-90％)，拥有疏松多孔的三维结构，可以有利于细胞的长入、迁移及增殖，能够更好地修复和再生缺损的组织，即达到快速，完好的修复缺损组织，又能够防止细胞过度纤维化而带来的不良影响的目的；
本发明通过结合同轴共纺技术与动态水流静电纺技术制备出负载抗纤维化的纳米纱，制备方法简单高效，价格低廉，制备的膜材料具有很好的力学性能，抗纤维化的效果明显，生物可降解，生物相容性好，在尿道组织修复中抗纤维化的应用有着很好的前景。
附图说明
图1为负载抗纤维化药物的载药纳米纱的制备示意图；其中a为载药纳米纱的形貌图；b为；载药纳米纱的制备装置；
图2为实施例1的负载抗纤维化药物的载药纳米纱的SEM图；
图3为负载抗纤维化药物的载药纳米纱的纤维直径分布图；
图4为犬的成纤维细胞毒性检测结果；
图5为负载抗纤维化药物的载药纳米纱单根纤维的载药TEM图；
图6为非载药纳米纱和载药纳米纱对兔子尿道修复结果的照影图，其中a为未负载药物组；b为负载了抗纤维化药物组。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将10mL的胶原蛋白Ⅰ和聚(乳酸-己内酯)的混合物(Ⅰ型胶原蛋白与聚(乳酸-己内酯)的质量比为25:75)溶解在六氟异丙醇溶液中(质量浓度11％)，25℃下电动搅拌10个小时(转速550r/min)后，作为壳层，最后超声振荡20分钟。
将ICG-001药物粉末取适量溶解在DMSO溶液中，抗纤维化药物ICG-001的物质的量浓度为600μmol/mL，作为核层溶液。
在温度25℃，相对湿度50％，壳层纺丝流速1.0mL/h，芯层纺丝流速0.1mL/h，纺丝电压15kV，按照图1所示装置进行载药纳米纱的制备。
最后，将制得的载药纳米纱放入-80℃冰冻过夜再放入冷冻干燥箱干燥，通过冷冻-吸附-升华法，-80℃冷冻干燥20小时去除水分，得到载药纳米纱，真空灭菌4小时，顺着纤维取向将纤维膜剪成30mm×50mm的长方形样品，压片成型。
经力学测试仪测试后得到载药纳米纱的最大拉力为22MPa，最大拉力时的拉伸量为138％。
实施例2
载药纳米纱的细胞毒性试验
(1)将对数生长期的犬的成纤维细胞接种到96孔板中，确保孵育2天的细胞数目为6000个/孔，孵育4天和7天的细胞数目分别为4000个/孔和3000个/孔；
(2)把接种好的细胞在培养箱中贴壁6小时，然后将准备好的载药纳米纱，和作为对照的不载药的纳米纱放在培养基中，以浸泡在培养基中为准；
(3)分别孵育1、3、5、7天后，对细胞进行MTT测定；
实施例3
载药纳米纱在尿道组织工程中修复缺损尿道的动物实验
(1)将6只年龄和身体状况几乎相同的雄性新西兰兔子用作动物实验的模型动物，3只一组，分别兔子尿道人工切下2cm的缺损，分别将载药的纳米纱和非载药的纳米纱植入缺损处。
(2)术后2周内为避免伤口感染，持续给兔子注射抗生素。3个月后将兔子的尿道做定位造影。

Claims (9)

1.一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱，其特征在于：按重量份数，原料包括：
Ⅰ型胶原蛋白/聚(乳酸-己内酯)复合物溶液 100份；
抗纤维化药物溶液 100份；
其中由下列方法制备：将Ⅰ型胶原蛋白和聚(乳酸-己内酯)的混合物溶于溶剂中，室温搅拌过夜，超声震荡，得到壳层溶液；将抗纤维化药物溶于溶剂中，得到芯层溶液，然后进行纺丝，冷冻过夜，冷冻干燥，即得抑制纤维化的生物可降解纳米纱；所述纺丝为：同轴共纺技术与动态水流静电纺丝技术结合进行纺丝；其中纳米纱的制备装置从上至下的顺序依次为：同轴纺丝装置、带孔的水盆、旋转接收装置，水槽以及水泵；其中同轴纺丝装置中为同轴针头。
2.根据权利要求1所述的一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱，其特征在于：所述Ⅰ型胶原蛋白/聚(乳酸-己内酯)复合物溶液的溶剂为六氟异丙醇，质量百分浓度为11％。
3.根据权利要求1所述的一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱，其特征在于：Ⅰ型胶原蛋白/聚(乳酸-己内酯)复合物中Ⅰ型胶原蛋白与聚(乳酸-己内酯)的质量比为25:75。
4.根据权利要求1所述的一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱，其特征在于：所述抗纤维化药物溶液的溶剂为二甲基亚砜DMSO，溶液的物质的量浓度为600μmol/mL。
5.根据权利要求1所述的一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱，其特征在于：抗纤维化药物为ICG-001。
6.一种如权利要求1-5任一所述的抑制纤维化的生物可降解纳米纱的制备方法，包括：
将Ⅰ型胶原蛋白和聚(乳酸-己内酯)的混合物溶于溶剂中，室温搅拌过夜，超声震荡，得到壳层溶液；将抗纤维化药物溶于溶剂中，得到芯层溶液，然后进行纺丝，冷冻过夜，冷冻干燥，即得抑制纤维化的生物可降解纳米纱；其中同轴共纺技术与动态水流静电纺丝技术结合进行纺丝。
7.根据权利要求6所述的一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱的制备方法，其特征在于：所述纺丝工艺参数为：温度20-25℃，相对湿度50-60％，壳层纺丝流速1.0-1.2mL/h，芯层纺丝流速0.1-0.2mL/h，纺丝电压13-15kV，时间为5-10h。
8.根据权利要求6所述的一种抑制纤维化的生物可降解纳米纱的制备方法，其特征在于：所述冷冻过夜为-80℃条件冷冻过夜；冷冻干燥为：-80℃条件下，在冷冻干燥机中，冷冻干燥18-24h。
9.一种如权利要求1-5任一所述的抑制纤维化的生物可降解纳米纱的应用，其特征在于：所述抑制纤维化的生物可降解纳米纱在制备尿道组织修复中抗纤维化材料的应用。
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