CN106668950A - 一种可用于中枢神经修复的丝素三维支架 - Google Patents

一种可用于中枢神经修复的丝素三维支架 Download PDF

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张捷
卢晨
闫书芹
尤仁传
周应山
顾绍金
杨红军
曹新旺
肖仕丽
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Abstract

本发明涉及一种可用于中枢神经修复的丝素三维支架，属于生物医用材料领域，它包括：具有沟槽的丝素蛋白纤维、丝素蛋白/透明质酸复合凝胶、丝素膜导管。该方法改善了传统支架力学性能不足，生物降解性差等缺点。该支架可以模拟细胞外基质的生理状态，有利于细胞的粘附、迁移、扩增和分化，进而引导轴突定向生长至断裂处；该支架的接入可以抑制胶质瘢痕的形成，利于中枢神经系统的修复；该支架既可以用于神经损伤修复的基础研究，也可用于临床人体脊髓损伤或缺损的桥接修复，具有良好的生物医用前景。

Description

一种可用于中枢神经修复的丝素三维支架
技术领域
本发明涉及一种可用于中枢神经修复的丝素三维支架，主要用于中枢神经系统中脊髓缺损的修复，属生物医用材料领域。
背景技术
脊髓损伤是中枢神经系统的一种严重损伤，它的修复目前仍是临床难题之一。这主要是因为脊髓损伤后自我修复能力有限，损伤的神经细胞难以再生，同时，体内的髓鞘相关抑制因子会抑制和功能恢复密切相关的轴突的再生，最后导致瘢痕障碍的形成。
随着新科技、新技术的不断进步和广泛应用，有关脊髓损伤修复的研究取得了一定的进展，但还达不到临床的广泛应用的要求。目前，自体神经移植仍是临床上治疗脊髓损伤的最有效方法。尽管自体神经移植材料具有很好的组织相容性和修复效果,但移植过程不可避免的会引起供区瘢痕、神经瘤形成和神经纤维误向支配等问题，难以满足临床需求。对于较严重的脊髓损伤患者，往往存在病灶区域尺寸太大，神经移植物结构差异较大，造成神经疼痛等问题，且容易造成二次创伤，增加了病人的痛苦和治疗成本。
组织工程是将体外培养扩增的正常组织细胞吸附于一种具有优良细胞相容性并可以被机体降解吸收的生物材料上面形成复合物，然后将细胞-生物材料复合物植入人体组织、器官的病损部位，在作为细胞生长支架的生物材料逐渐被机体降解吸收的同时，细胞不断增殖、分化，形成在形态、功能方面与相应组织、器官一致的组织，从而达到修复创伤和重建功能的目的。组织工程修复脊髓损伤着重于三个方面：种子细胞、组织工程支架及材料、细胞因子，其中组织工程支架是组织工程的根本,生物材料在组织工程中起到了连接种子细胞与再生组织桥梁的作用。随着组织工程的发展和人们对于组织工程的机理研究深入，传统的“生物惰性”以及“不可降解”的生物材料已无法满足组织工程支架的要求。
组织工程支架的主要作用有：(1)为细胞提供生长的三维空间和物理支撑；(2)能够粘附可促进组织功能恢复的重要分子，创造适宜的微生物环境，促进细胞增殖和新陈代谢；(3)可提供特殊的宏观和微观结构，引导细胞构建特定功能的组织或器官；(4)能够传递化学或者力学信号，调控细胞的表型。
在此之前人们用壳聚糖作为修复脊髓的支架，该支架虽制备方便、机械和降解性能可控、利于相关分子的粘附和细胞生长，但存在强度差，同种子细胞不易相容的缺点。人们还尝试用胶原、纤维蛋白凝胶、藻酸盐凝胶、聚乳酸、聚己内酯等作为组织工程支架，但在生物相容性和力学性能方面存在一些问题。因此，迫切需要在具备促脊髓修复活性同时，也具备良好的生物相容性和可生物降解性、优良理化性能、可调控生物学性能的新型脊髓修复支架。目前，国内外的研究已初步证明丝素蛋白用于神经组织缺损具有一定的优势。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种可用于中枢神经修复的丝素三维支架。
一种可用于中枢神经修复的丝素三维支架，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过某种方法获得脱胶完全的蚕丝丝素纤维；
(2)将蚕丝丝素进行脱胶，溶解，透析获得一定浓度的丝素蛋白溶液；
(3)将丝素纤维通过进赋予其表面沟槽结构；
(4)将步骤(2)制备的丝素蛋白溶液与透明质酸以一定的质量比混合，添加交联剂，获得丝素蛋白复合凝胶前溶液；
(5)将步骤(2)制备的丝素溶液，在乙醇的处理下，反复烘干制成导管膜；
(6)将具有沟槽结构纤维，复合凝胶溶液，导管膜组合成丝素三维支架。
优选的,所述的用于沟槽结构处理的丝素纤维是经过蚕丝完全脱胶或丝素溶液进行高压静电纺等方法制备的。
优选的,所述的丝素蛋白纤维沟槽是通过离子剥离技术或通过原位吸附聚吡咯形成的。
优选的,所述的丝素蛋白/透明质酸复合凝胶中，丝素蛋白和透明质酸的质量比为100:0，90:10，80:20，60:40，50:50，40:60，20:80，10:90，0:100中的一种或几种。
优选的,所述的在丝素导管膜制备过程中，丝素蛋白溶液的浓度为1-10％w/v，乙醇溶液的浓度为30-90％。
本发明具有以下明显优点：
1、同其他天然纤维及合成纤维相比，丝素蛋白具有独特的力学性能，可为神经组织再生提供足够的物理支撑。
2、丝素蛋白具有优越的生物相容性，减少了移植后机体的免疫反应。
3、应用于脊髓修复时，轴突可以沿着丝素蛋白表面的凹凸沟槽结构定向生长至断裂处。
4、利用聚吡咯制备的表面具有沟槽的丝素蛋白，可制备更有利于中枢神经系统的恢复的导电材料。
5、丝素蛋白和透明质酸复合制备的凝胶可同时具有两者的优点，复合凝胶具有更好的力学性能和保水性，更有利于临床应用。
具体实施方式
实施例一
(1)将桑蚕丝生丝置于质量分数为0.6‰的碳酸钠沸水溶液中脱胶3次，前两次每次处理30min，第三次处理45min，得到的丝素纤维用去离子水洗干净，并在55℃烘箱中烘干，获得丝素纤维。
(2)将步骤(1)得到的丝素纤维置于9.3M溴化锂溶液中，在60℃条件下溶解处理4h，得到的混合溶液装入透析袋(分子量8000-14000)于去离子水中透析4d，期间每两小时换水一次，最后得到的丝素溶液浓度为5w/v％。
(3)将步骤(1)中制备的丝素纤维采用离子剥离技术处理，使其表面形成沟槽结构。
(4)将步骤(2)制备的丝素蛋白溶液与透明质酸以质量比50：50混合制备复合丝素/透明质酸凝胶，具体做法是，丝素蛋白溶液与透明质酸溶液以质量比50：50混合制备总浓度为1.5％的混合溶液，然后加入交联剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，分别占丝素/透明质酸总量的10％和20％，搅拌15min，得到丝素/透明质酸复合凝胶前溶液。
(5)用聚四氟乙烯棒沾取5％w/v的丝素蛋白溶液，烘干；然后再沾取一定60％的乙醇溶液，烘干；重复上述步骤即可得到丝素膜导管。
(6)将若干根处理好的丝素蛋白纤维放置于丝素膜导管中，然后向丝素膜中注入丝素蛋白/透明质酸复合凝胶前的混合液体，使之填充于丝素蛋白之间，静置24h，获得三维丝素支架。
实施例二
(1)将桑蚕丝生丝置于质量分数为0.6‰的碳酸钠沸水溶液中脱胶3次，前两次每次处理30min，第三次处理45min，得到的丝素纤维用去离子水洗干净，并在55℃烘箱中烘干，获得丝素纤维。
(2)将步骤(1)得到的丝素纤维置于9.3M溴化锂溶液中，在60℃条件下溶解处理4h，得到的混合溶液装入透析袋(分子量8000-14000)于去离子水中透析4d，期间每两小时换水一次，最后得到的丝素溶液浓度为5w/v％。
(3)将步骤(1)中制备的丝素纤维利用原位吸附聚合法制备成丝素/聚吡咯复合导电纤维，使聚吡咯均匀的分布在丝素的表面，形成一层凹凸不平的沟槽结构。具体试验方法是：在常温常压下，取若干束丝素置于0.2mol/L的吡咯水溶液中预浸泡50min，然后边搅拌边缓慢滴加等体积的浓度为0.3％的三氯化铁水溶液，反应6h后取出样品，恒温干燥即可。
(4)将步骤(2)制备的丝素蛋白溶液与透明质酸以质量比50：50混合制备复合丝素/透明质酸凝胶，具体做法是，丝素蛋白溶液与透明质酸溶液以质量比50：50混合制备总浓度为1.5％的混合溶液，然后加入交联剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，分别占丝素/透明质酸总量的10％和20％，搅拌15min，得到丝素/透明质酸复合凝胶前溶液。
(5)用聚四氟乙烯棒沾取5％w/v的丝素蛋白溶液，烘干；然后再沾取一定60％的乙醇溶液，烘干；重复上述步骤即可得到丝素膜导管。
(6)将若干根处理好的丝素蛋白纤维放置于丝素膜中，然后向丝素膜中注入丝素蛋白/透明质酸复合凝胶前的混合液体，使之填充于丝素蛋白之间，静置24h，获得三维丝素支架。
以上列举的仅是本发明的部分具体实施例，显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于脊髓修复的丝素三维支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过某种方法获得脱胶完全的蚕丝丝素纤维；
(2)将蚕丝丝素进行脱胶，溶解，透析获得一定浓度的丝素蛋白溶液；
(3)将丝素纤维通过进赋予其表面沟槽结构；
(4)将步骤(2)制备的丝素蛋白溶液与透明质酸以一定的质量比混合，添加交联剂，获得丝素蛋白复合凝胶前溶液；
(5)将步骤(2)制备的丝素溶液，在乙醇的处理下，反复烘干制成导管膜；
(6)将具有沟槽结构纤维，复合凝胶溶液，导管膜组合成丝素三维支架。
2.根据权利要求1所述的用于脊髓修复的丝素三维支架，其特征在于：所述的用于沟槽结构处理的丝素纤维是经过蚕丝完全脱胶或丝素溶液进行高压静电纺等方法制备的。
3.根据权利要求1所述的用于脊髓修复的丝素三维支架，其特征在于：所述的丝素蛋白纤维沟槽是通过离子剥离技术或通过原位吸附聚吡咯形成的。
4.根据权利要求1所述的用于脊髓修复的丝素三维支架，其特征在于：所述的丝素蛋白/透明质酸复合凝胶中，丝素蛋白和透明质酸的质量比为100:0，90:10，80:20，60:40，50:50，40:60，20:80，10:90，0:100中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的用于脊髓修复的丝素三维支架，其特征在于：所述的在丝素导管膜制备过程中，丝素蛋白溶液的浓度为1-10％w/v，乙醇溶液的浓度为30-90％。
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