CN107412854A - 一种用于神经修复的组织工程支架材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于神经修复的组织工程支架材料及其制备方法。所述组织工程支架材料是由ε‑聚赖氨酸与戊二醛交联得到的高分子聚合物；其分子量在10万‑30万之间。所述组织工程支架材料具有良好生物安全性和可降解性，能够定向诱导神经细胞分化形成特定神经组织的修复材料。

Description

一种用于神经修复的组织工程支架材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于神经修复的组织工程支架材料及其制备方法，属于医疗生物材料技术领域。
背景技术
目前常用的神经修复材料主要有：1)合成类材料，包括硅胶，脂肪族聚酯，如聚乳酸，聚乙醇酸，乳酸和乙醇酸共聚物，聚己内酯等，合成类材料的在神经修复方面主要的缺点有，本身不带电，细胞诱导分化能力有限，且植入后异物感明显，往往引起炎症或者神经鞘瘤，所以不是一类理想的神经修复材料；2)天然材料，包括细胞外基质蛋白，壳聚糖及其它多糖类材料，丝素蛋白及其它类天然蛋白等，在众多的天然材料中，壳聚糖有与其带有一定的正电荷，在诱导神经细胞定向分化方面由于一定的优势，所以它是目前主要的神经修复材料之一，但由于其来源主要是从动植物中提取而来，未知成分较多，临床上往往引起热源反应或排异反应，甚至病毒感染等安全性问题，所以该材料在临床应用上有逐渐限制的趋势。
故在开发具有良好生物安全性，可降解性等基本条件的基础上，能够定向诱导神经细胞分化形成特定神经组织的修复材料具有重要的现实意义。
发明内容
本发明目的是提供一种具有良好生物安全性和可降解性，能够定向诱导神经细胞分化形成特定神经组织的修复材料。
一种用于神经修复的组织工程支架材料，是由ε-聚赖氨酸与戊二醛交联得到的高分子聚合物；其分子量在10万-30万之间，优选分子量在10-15万之间，或者分子量在19～30万之间。
所述ε-聚赖氨酸的分子量在3800～4200之间；本发明中优选采用发酵法制备得到的ε-聚赖氨酸，其具有纯度高、植入人体后安全性更好的特点。
所述ε-聚赖氨酸与戊二醛的质量比为10：(0.1-1.5)；优选10：(0.2-1.2)，或者优选10：(0.2-0.3)，或者10：(0.0.9-1.1)，或者10：(0.3-0.9)，或者10：(0.25-1)，最优选10:0.25。
本发明还提供一种上述用于神经修复的组织工程支架材料的制备方法，在催化剂作用下，ε-聚赖氨酸与戊二醛在溶剂中交联，冷却至室温，浓缩、过滤、干燥。
其中，所述催化剂为质子酸，优选为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种。本发明中，催化剂用量较少，优选为ε-聚赖氨酸体积的0.1％～5％。
所述溶剂选自水、乙醇或甲醇中的一种或多种；溶剂的加入量为ε-聚赖氨酸体积的2～5倍。
所述交联的反应条件为：机械搅拌下加热回流15-35小时，优选19-32小时，或者19-22小时，或者28-31小时，23-27小时，或者20-30小时。
所述浓缩可采用旋转蒸发仪处理。
本发明所得用于神经修复的组织工程支架材料具有如下优点：
1)原料安全性高。本发明采用由发酵法制得的ε-聚赖氨酸，分子量在3800～4200之间；相比于壳聚糖等天然提取材料，纯度高，不含有未知的有害成分，故植入人体的安全性好；
2)本发明所述的组织工程支架材料具有良好的生物安全性和神经组织相容性，材料无毒，无致敏、致畸、致癌或者致突变等缺陷，且植入人体后不会引起机体的免疫排斥反应，也不会对机体产生不良影响；更重要的是所述的组织工程支架材料及其降解产物对再生轴突的生长、髓鞘化和神经细胞生长无不良影响；此外，所述ε-聚聚赖氨酸的降解产物主要是人体必需的氨基酸之一---赖氨酸，在一定程度上，还可为细胞生长提供必要的营养物质；
3)本发明所述的组织工程支架材料可通过调节ε-聚聚赖氨酸分子量的大小调节其降解时间；
4)本发明所述的组织工程支架材料可通过调节ε-聚聚赖氨酸分子量的大小调节其机械性能，能够满足不同部位神经修复的需要，如修复位于肌间隔的神经则需要材料具有较强的抗压缩能力，而修复位于关节附近的神经则要求材料具有较强的抗牵拉能力；
5)ε-聚聚赖氨酸本身是一类人体必需氨基酸，具有细胞可识别的特定氨基酸序列，有利于细胞的粘附生长；
6)ε-聚赖氨酸带有正电荷，与带负电荷的细胞膜形成电势差，有利于诱导细胞贴壁粘附，增殖，迁移和轴突生长，尤其有利于神经细胞的定向分化。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1一种用于神经修复的组织工程支架材料
在500mL的三口烧瓶中，加入乙醇和水的混合(乙醇：水＝8：2)溶剂200mL，ε-聚赖氨酸(购于郑州拜纳佛生物工程有限公司，分子量3800～4200)50.0g，戊二醛1.25g(购于中国试剂网，纯度大于99％)和少量稀盐酸，机械搅拌下加热回流20小时，然后关闭加热，待冷却至室温后，用旋转蒸发仪将体系浓缩后抽滤，真空干燥箱干燥后保存样品备用，样品编号为1.25-20。
实施例2
按照实施例1的方法制备材料，区别在于其中戊二醛的加入量改为1.25g，加热时间改为30小时，其它条件保持不变，样品编号为1.25-30。
实施例3
按照实施例1的方法制备材料，区别在于其中戊二醛的加入量改为2.5g，加热时间改为30小时，其它条件保持不变，样品编号为2.5-30。
实施例4
按照实施例1的方法制备材料，区别在于其中戊二醛的加入量改为5.0g，加热时间改为30小时，其它条件保持不变，样品编号为5.0-30。
对比例1
按照实施例1的方法制备材料，区别在于其中戊二醛的加入量改为5.0g，加热时间改为10小时，其它条件保持不变，样品编号为5.0-10。
对比例2
按照实施例1的方法制备材料，区别在于其中戊二醛的加入量改为5.0g，加热时间改为20小时，其它条件保持不变，样品编号为5.0-20。
对比例3
按照实施例1的方法制备材料，区别在于其中戊二醛的加入量改为2.5g，加热时间改为10小时，其它条件保持不变，样品编号为2.5-10。
对比例4
按照实施例1的方法制备材料，区别在于其中戊二醛的加入量改为2.5g，加热时间改为20小时，其它条件保持不变，样品编号为2.5-20。
对比例5
按照实施例1的方法制备材料，区别在于其中戊二醛的加入量改为1.25g，加热时间改为10小时，其它条件保持不变，样品编号为1.25-10。
效果验证：
1、材料生物相容性评价试验
将上述实施例及对比例制得的材料进行生物相容性评价，主要评价内容为体外细胞毒，致敏性，刺激，皮内反应，急性毒性，亚急性毒性，神经毒性，测试方法参考标准为GB/T16886，试验结果如表1所示。
表1
由上述结果可知，对比例1-2、4-5的神经毒性不合格，对比例3的细胞毒大于1级。而本发明实施例1-4的神经毒性合格，且细胞毒小于1级。
2、分子量分布与适应症
本申请发明人在研究中发现，对于本发明所述的分子量在10-30万之间的组织工程支架材料来讲，当分子量分布在较窄的范围内，其具有良好的生物相容性，且大多数组织工程支架材料符合分子量越高，其硬度越大，抗压缩性能也越好的规律，适合肌间隔的神经修复；而当分子量较小时，其柔性越大，具有较强的抗牵拉能力，适用于关节附近神经的修复。
3、动物实验验证试验
分别将实施例1-4加工成内径3mm，壁厚0.3～0.5mm之间的人工神经鞘管，辐照灭菌后，进行动物实验的神经桥接实验，将分子量在10-15万之间的组织工程支架材料(即实施例1和实施例2所制备的材料)用于关节附近的神经修复试验；分子量在19～30万之间的组织工程支架材料(即实施例3和实施例4所制备的材料)用于肌间隔神经的修复试验。分别观察30天，60天，90天和180天.
就材料降解速率来看，样品编号为1.25-20降解最快，30天基本降解完毕，断端神经未完全桥接，其次是样品编号为1.25-30，60天观察时已完全降解，断端神经基本完成桥接，样品编号为2.5-30在60天观察时还有残留，但在90天观察时，材料已完全降解完成，断端神经已完全桥接，猴子肢体恢复知觉，样品编号为5-30材料在90天观察时还有未完全降解，但在180天观察时，完全降解，断端神经已完全桥接，恢复良好。
实施例1-4所得材料用于神经修复时，均为发现神经鞘瘤的生成，神经轴突生长正常，定向分化性能良好，周围组织无明显炎症反应，所以实施例1-4所得材料为神经细胞的增殖、分化和定向生长提供了良好在生物载体，是一类比较理想的神经修复材料。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于神经修复的组织工程支架材料，其特征在于，由ε-聚赖氨酸与戊二醛交联得到的高分子聚合物；其分子量在10万-30万之间。
2.根据权利要求1所述的用于神经修复的组织工程支架材料，其特征在于，所述ε-聚赖氨酸的分子量在3800～4200之间。
3.根据权利要求2所述的用于神经修复的组织工程支架材料，其特征在于，所述ε-聚赖氨是采用发酵法制备得到的。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于神经修复的组织工程支架材料，其特征在于，所述ε-聚赖氨酸与戊二醛的质量比为10：(0.1-1.5)。
5.根据权利要求4所述的用于神经修复的组织工程支架材料，其特征在于，所述ε-聚赖氨酸与戊二醛的质量比为10：(0.2-1.2)，或者10：(0.2-0.3)，或者10：(0.0.9-1.1)，或者10：(0.3-0.9)，或者10：(0.25-1)。
6.权利要求1-5任一所述用于神经修复的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，在催化剂作用下，ε-聚赖氨酸与戊二醛在溶剂中交联，冷却至室温，浓缩、过滤、干燥。
7.根据权利要求6所述的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为质子酸，优选为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自水、乙醇或甲醇中的一种或多种；溶剂的加入量为ε-聚赖氨酸体积的2～5倍。
9.根据权利要求6所述的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述交联的反应条件为：机械搅拌下加热回流15-35小时。
10.根据权利要求9所述的组织工程支架材料的制备方法，其特征在于，所述加热回流19-32小时，或者19-22小时，或者28-31小时，23-27小时，或者20-30小时。
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