CN107427608A

CN107427608A - 利用蚕丝基质的人造生物膜及其制造方法

Info

Publication number: CN107427608A
Application number: CN201680015478.9A
Authority: CN
Inventors: 权海龙; 赵柳英; 李光吉; 金基荣
Original assignee: Korea Rural Development Administration
Current assignee: Korea Rural Development Administration
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-12-01
Also published as: JP6392461B2; HUE052942T2; WO2017069365A1; JP2018507720A; EP3223872A4; US20180008750A1; EP3223872A1; KR101602797B1; ES2833648T3; EP3223872B1

Abstract

本申请公开了一种利用蚕丝基质的人造生物膜及其制造方法，其中，所述人造生物膜被构造为对由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行平面分割成为第一厚度的具有预定形状的两个以上蚕丝基质片。此外，制造过程相对简单，因此与制造常规人造生物膜相比降低了制造成本，另外，该人造生物膜能够显示出优异的细胞培养能力，具有生物相容性，并具有生物膜所需要的优异的拉伸强度和伸长率。

Description

利用蚕丝基质的人造生物膜及其制造方法

技术领域

本发明涉及利用蚕丝基质的人造生物膜及其制造方法，更具体而言，本发明涉及具有生物相容性并且可显示出高细胞培养能力的利用蚕丝基质的人造生物膜及其制造方法。

本发明还涉及具有生物膜所需要的优异的拉伸强度和伸长率的利用蚕丝基质的人造生物膜及其制造方法。

背景技术

在各种用于医疗应用的材料中，动物来源的胶原具有高生物相容性和组织相容性。此外，它显示出止血功能，并在体内完全降解和吸收。

使用酸溶解过程、碱溶解过程、pH中性溶解过程或酶溶解过程，通过从动物的如皮肤、骨骼、软骨、肌腱和内脏等各种器官的结缔组织中提取和纯化，获得胶原。

用于医疗应用的通常可获得的提取胶原在分子尺度上降解到单体至低聚物的水平，并以粉末或液相保存。

因为胶原分子降解为单体至低聚物水平，所以当与水、体液或血液接触时，所提取的胶原很快转化成溶胶。

因此，这样的胶原以下述方式使用：其应用于如尼龙或硅树脂等合成聚合物材料的表面，以实现预定的硬度，以便在作为医疗材料成型时具有生物相容性。此外，使用交联剂通过化学交联，或使用辐射、电子束、UV光、热等通过物理交联来利用所提取的胶原成型产品，以便在其应用于体内时将其形状保持预定的时间。

当胶原与这种合成聚合物材料组合使用时，合成聚合物材料可能作为异物留在体内，使其容易引起诸如肉芽肿病、炎症等疾病。因此，这种材料不能适用于所有细胞或器官。

即使当胶原材料交联时，胶原的性质，特别是其拉伸强度，也不容易增加，因此使得不可能使用胶原作为缝合过程所需的医疗材料。

此外，如戊二醛或环氧等交联剂的使用是有问题的，因为交联剂在体内有毒性，并且由于胶原的固有生化性质，特别是促进细胞增殖的作用可能会丧失。

胶原不能通过物理交联赋予令人满意的性能。另外，难以交联胶原来控制体内的吸收率。

在脑或各种器官由于多种疾病或创伤而进行外科手术并随后闭合手术伤口的情况下，切开的硬脑膜、心包膜、胸膜、腹膜或浆膜应再次缝合并闭合。由于这样的缝合，可能形成收缩的部分，或者膜可以被部分地切除，因此外科手术伤口不能完全关闭，并且可能在膜中产生缺陷。

当这样的缺陷被允许留下时，诸如脑、心脏、肺和肠等器官可能通过膜中的缺损脱出，不希望地引起严重障碍或将器官暴露于周围的水或空气，外科手术伤口因此不愈合。

因此，可用作所述缺损的预防手段的医用置换膜可以举出从死体收集的冻干人硬脑膜、多孔膨体聚四氟乙烯(EPTFE)膜、聚丙烯网、特氟龙片、涤纶片等。

然而，使用人硬脑膜可能由于保留的人硬脑膜和脑实质组织的粘附而引起手术后癫痫发作的问题。特别是，EPTFE在体内不会降解，而是可能会作为异物保留，从而容易导致感染。此外，当它与生物组织接触时，组织细胞可能产生脂肪变异(apodyopsis)。通过这种方式，现有的膜已知导致许多术后并发症。

因此，正在开发用于生物膜的各种材料，其具有生物化学性质，具备适于缝合处理的性质，并且能够在施用于体内后将其形状保持预定的时间。

现有技术包括韩国专利申请公报10-2002-0036225号(公开日：2002年5月16日，名称：Biomembrane for the protection and treatment of skin disease)和韩国专利10-1280722号(注册日：2013年6月25日，名称：Thin film multilocular structure made ofcollagen,member for tissue regeneration containing the same,and method forproducing the same)。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的是提供一种利用蚕丝基质的人造生物膜及其制造方法，其中，制造过程相对简单，因此与制造常规人造生物膜相比可降低制造成本，并且该人造生物膜可显示出高细胞培养能力和生物相容性。

本发明的另一目的是提供利用蚕丝基质的人造生物膜及其制造方法，其中，所述人造生物膜具有生物膜所需要的优异的拉伸强度和伸长率。

本发明的技术问题不限于上述目的，本文中未描述的其它目的将通过下面的描述而被本领域普通技术人员清楚理解。

技术方案

为了完成上述目的，本发明提供了一种利用蚕丝基质的人造生物膜，该人造生物膜被构造为对由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行平面分割成为第一厚度的具有预定形状的两个以上蚕丝基质片。

此外，本发明提供了一种利用蚕丝基质的人造生物膜，该人造生物膜被构造为对由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行厚度分割成为具有第二厚度的两个以上蚕丝基质部分，第二厚度小于第一厚度。

此外，本发明提供了一种利用蚕丝基质的人造生物膜，该人造生物膜被构造为对由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行平面分割成为第一厚度的具有预定形状的两个以上蚕丝基质片，并且对具有第一厚度的各个蚕丝基质片进行厚度分割成为具有第二厚度的蚕丝基质片，第二厚度小于第一厚度。

有益效果

根据本发明，人造生物膜具有生物膜所需要的优异的拉伸强度和伸长率，还可以表现出高细胞培养能力和生物相容性。此外，其制造过程简单，从而与制造常规人造生物膜相比降低了制造成本。

附图说明

图1图示了由蚕生产用于本发明的人造生物膜的蚕丝基质；

图2A和2B分别示出了用于本发明的人造生物膜的0.01mm和0.7mm的不同厚度的蚕丝基质的形态的目视观察结果；

图3示出了本发明的实施例1的人造生物膜的制造过程；

图4示出了本发明的实施例2的人造生物膜的制造过程；

图5示出了本发明的实施例3的人造生物膜的制造过程；

图6示出了用于本发明的人造生物膜的蚕丝基质的扫描电子显微镜(SEM)图像；和

图7示出了本发明的人造生物膜的细胞培养能力。

具体实施方式

除非另外指出，否则本说明书中使用的术语、描述等的含义可以是本发明所属领域中通常使用的那些。以下，对本发明进行详细说明。

生物膜是指构成细胞膜或细胞器的膜。也就是说，它作为与外部的边界，功能是防止核酸、蛋白质和其他生物材料被排出到外部，并且负责建立独立的环境来维持生命活动。此外，在细胞周围提供生物膜以保护细胞免受外部环境的影响，并且作为在细胞质和外部环境之间传输物质的通道起作用。

生物膜必须具有适合于缝合过程的性质，并且即使在施用于体内后也必须将其形状保持预定的时间。此外，生物膜由防止与手术伤口粘附的材料组成，不导致与感染有关的问题，不会引起组织退化，并促进再生活性。

人造生物膜通常用作在人造神经管、人造脊髓、人造食道、人造器官、人造血管、人造瓣膜、替代性硬脑膜、人造鼓膜等中使用的人造医用置换膜。

然而，目前可获得的人造生物膜通过物理交联等进行预处理以确保上述性质，但是由于其在长期应用时可能在体内变得有毒，或者可能在体内残留为异物，从而造成问题。此外，因为进行预处理和化学处理过程以确保上述性质，这种人造生物膜由昂贵的材料制成，因此难以使用。

因此，在本发明中，制造了利用蚕丝基质的人造生物膜，其使用相对简单，从而与制造常规人造生物膜相比大大降低了其生产成本。此外，这种人造生物膜可以表现出优异的细胞培养能力、生物相容性、高拉伸强度和高伸长率。以下是参照各实施例对其进行的详细描述。

如图3所示，下面描述了本发明的实施例1的利用蚕丝基质的人造生物膜的制造方法。

1.第一步骤：具有第一厚度的蚕丝基质片的制备

由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行平面分割成为两个以上具有适当形状的片，由此获得具有第一厚度的蚕丝基质片。

当蚕变成成熟的蚕以保护自己时，它们开始通过纺制蚕茧而变成蛹。当蚕变成蛹时，它会纺制蚕茧，从而产生具有细长圆形的蛹壳。壳为椭圆形，根据蚕的种类显示各种颜色，其两端略尖且厚。然而，在蚕制作蚕茧的过程中，当放置蚕的片材移动从而干扰蚕形成正常蚕茧时，蚕就不制造蚕茧。通过移动放置蚕的片材来人为诱导蚕在片材上纺制蚕茧，由此使蚕茧纺制为平面片材的形式，产生蚕丝基质。

根据上述特征，如图1所示，根据本发明的实施方式，将蚕放置在片材上，并将片材以一定斜率(15至30°)倾斜至防止蚕从片材上脱落的程度，使得蚕被迫在片材上移动并诱导纺制蚕茧，从而制造本发明所关注的具有第一厚度的截面的蚕丝基质(图2A和2B)，然后如图3所示进行平面分割成为具有合适形状从而适合于所希望的应用的两个以上的片，得到具有第一厚度的蚕丝基质片20。简单来说，具有第一厚度的截面的蚕丝基质使用诸如刀片或剪刀等切割工具进行平面分割，从而形成具有第一厚度和适当形状的蚕丝基质片20。

如图2A所示，通过对具有第一厚度的蚕丝基质10进行平面分割得到的具有第一厚度和适当形状的蚕丝基质片20可以直接使用，因为具有第一厚度的蚕丝基质10被生产为适合用作人造生物膜的厚度。此外，根据需要可以还进行包装或灭菌处理和化学处理。

在放置蚕的片材移动以形成蚕丝基质的情况下，其移动可以以各种方式进行。片材可以以旋转、反复地向上和向下倾斜和/或向左和向右倾斜或振动的方式移动。作为另选，片材可以通过旋转和反复向上和向下和/或向左和向右倾斜的组合移动。可以适当地设定移动或倾斜过程的数量或速率，以确保蚕丝基质具有所需的形状。

放置蚕的片材的形状没有限制。可以采用圆形或矩形。作为另选，可以采用任何形状，只要蚕响应于片材的移动而不会正常地纺制蚕茧即可。

在另一个修改中，图4所示的本发明的实施例2的利用蚕丝基质的人造生物膜的制造方法在下文中给出。

1.第一步骤：具有第二厚度的蚕丝基质部分的制备

由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行厚度分割成为具有第二厚度的两个以上部分，第二厚度小于第一厚度。

如图3的描绘所示，通过蚕在片材上被迫移动的同时纺制蚕茧的方式，由蚕产生具有第一厚度的蚕丝基质10。具有第一厚度的蚕丝基质10可以如图2B所示被构造为使由蚕纺制蚕茧而产生的纱线在高度方向上堆叠，从而形成各种厚度(多层)。

取决于用于制造蚕丝基质的蚕的数量和蚕纺制蚕茧所需的时间，蚕丝基质10的第一厚度可以改变。

如图4所示，当具有第一厚度的蚕丝基质10较厚时，可对其进行厚度分割成为具有适合用于人造生物膜的厚度的两个以上部分，从而形成具有第二厚度的蚕丝基质部分30。由于所述厚度分割，第二厚度小于第一厚度。

具有第二厚度的蚕丝基质部分30可直接用作人造生物膜。作为另选，具有第二厚度的蚕丝基质部分30的部分可通过调整其尺寸以适合于一些终端用途来利用。此外，根据需要可以还进行包装或灭菌处理和化学处理。

在另一个修改中，图5所示的本发明的实施例3的利用蚕丝基质的人造生物膜的制造方法在下文中给出。

1.第一步骤：具有第一厚度的蚕丝基质片的制备

由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行平面分割成为具有适宜形状的两个以上片，由此形成具有第一厚度的蚕丝基质片20。

在此情况中，按照与图3的描述中的第一步骤相同的方式形成具有第一厚度的蚕丝基质片20。

当如此形成的蚕丝基质片20的第一厚度适合用于人造生物膜时，该蚕丝基质片可直接使用。在这些蚕丝基质片较厚且难以使用的情况下，对它们应还进行下述第二步骤从而具有适合于人造生物膜的厚度。第二步骤如下所述。

2.第二步骤：具有第二厚度的蚕丝基质片(人造生物膜)的制备

制备具有适合用作人造生物膜的第二厚度的蚕丝基质片40。

在第一步骤中获得的具有第一厚度的蚕丝基质片20按照图2B所示被构造为使由蚕纺制蚕茧而产生的纱线在高度方向上堆叠，从而形成各种厚度(多层)。

取决于用于制造蚕丝基质的蚕的数量和蚕纺制蚕茧所需的时间，蚕丝基质片20的第一厚度可以改变。

当具有第一厚度的蚕丝基质片20适合用于人造生物膜时，它们可直接使用。如图5所示，在蚕丝基质片较厚的情况下，对第一步骤中获得的具有第一厚度的各蚕丝基质片进行厚度分割成为具有适宜厚度的两个以上片，从而充当人造生物膜，由此产生具有第二厚度的蚕丝基质片40。因此，由于所述厚度分割，第二厚度小于第一厚度。

具有第二厚度的蚕丝基质片40可直接作为人造生物膜用于任何目的。另外，根据需要可以还进行包装或灭菌处理和化学处理。

可以通过以下实施例和测试例获得对本发明的更好理解，阐述这些实施例和测试例是用于说明，而不应解释为对本发明范围的限制。

<实施例1>本发明的人造生物膜1的制造

如图1所示，15只成熟的蚕被放置在片材上，片材以相对于地面成20°逐渐倾斜。1小时后，片材沿相反方向再次逐渐倾斜。以这种方式，蚕在移动的同时纺制蚕茧，产生图2A所示构形的蚕丝基质10。

上述倾斜过程进行一天，保持平衡两天，再次进行上述倾斜过程，由此在约3天内由蚕生产蚕丝基质。蚕丝基质的厚度约为0.01mm。

如图3所示，使用剪刀切割蚕丝基质10，从而以矩形形状进行平面分割，由此形成蚕丝体片20，然后将其灭菌，从而制成本发明的人造生物膜1。

<实施例2>本发明的人造生物膜2的制造

如图1所示，30只成熟的蚕被放置在片材上，片材以相对于地面成20°逐渐倾斜。1小时后，片材沿相反方向再次逐渐倾斜。以这种方式，蚕在移动的同时纺制蚕茧，产生图2B所示构形的蚕丝基质10。

上述倾斜过程进行一天，保持平衡两天，再次进行上述倾斜过程，由此在约3天内由蚕生产蚕丝基质。蚕丝基质的厚度约为0.7mm。

如图4所示，对厚度为0.7mm的蚕丝基质10进行剥离从而进行厚度分割，由此形成厚度为0.08mm的蚕丝基质部分30，然后对其进行灭菌，由此制得本发明的人造生物膜2。

<实施例3>本发明的人造生物膜3的制造

如图1所示，30只成熟的蚕被放置在片材上，并且片材以相对于地面成20°逐渐倾斜。1小时后，片材沿相反方向再次逐渐倾斜。以这种方式，蚕在移动的同时纺制蚕茧，产生图2B所示构形的蚕丝基质10。

然后使用剪刀切割蚕丝基质，从而以矩形形状进行平面分割，由此形成蚕丝基质片20。

如图5所示，对厚度为0.7mm的蚕丝基质片20进行剥离从而进行厚度分割，由此获得厚度为0.08mm的蚕丝基质片40，然后对其进行灭菌，由此制得本发明的人造生物膜3(蚕丝基质A)。

<实施例4>本发明的人造生物膜4的制造

本发明的人造生物膜4(蚕丝基质B)按照与实施例3相同的方式制造，不同之处在于形成厚度为0.2mm的蚕丝基质片40。

<实施例5>本发明的人造生物膜5的制造

本发明的人造生物膜5(蚕丝基质C)按照与实施例3相同的方式制造，不同之处在于形成厚度为0.4mm的蚕丝基质片40。

<测试例1>用于本发明的人造生物膜的蚕丝基质的形态的评价

1.测试方法

利用SEM观察蚕丝基质的形态，如图2A和2B所示。

2.测试结果

如图6所示，蚕丝基质具有光滑的表面，由此有防水效果，粘性不太大，因此适合用作生物膜。此外，蚕丝基质具有高孔隙率，因此表现出优异的细胞生长能力，从而适合用于需要快速修复缺损的生物膜。

<测试例2>本发明的利用蚕丝基质的人造生物膜的机械性质的测量

1.测试方法

为了测量本发明的利用蚕丝基质的人造生物膜随其厚度的机械性质，使用通用试验机(DAEYEONG，韩国)进行拉伸试验。为此，测量干燥样品和在盐水中浸泡1小时获得的湿样品，以确定其机械性质。作为对照，使用市售的胶原膜。将分析样品制成20×2.5(宽×长)mm的尺寸，将所制成的膜在20mm的标距长度和10mm/分钟的速率下拉伸。结果示于下表1中。

2.测试结果

[表1]

从表1中可明显看出，本发明的利用蚕丝基质的人造生物膜显示出随其厚度可变化的拉伸强度和伸长率。拉伸强度和伸长率随着膜厚度增大而增加，并且还在湿态下比干态下优异。然后，用作商售人造生物膜的胶原膜的拉伸强度在湿态下下降为1/16。因此，本发明的利用蚕丝基质的人造生物膜与胶原膜相比在湿态下长时间保持其性质。

<测试例3>本发明的人造生物膜的细胞培养能力的测定

1.测试方法

为了评价人造生物膜的细胞培养能力，将小鼠来源的成纤维细胞L929在37℃和5％CO₂条件下在人造生物膜上培养。用于细胞培养的培养基是含有10％(v/v)FBS(胎牛血清，GIBCO)、100U链霉素和100mg/ml青霉素(GIBCO)的DMEM培养基(Dulbecco's改良Eagles高糖培养基，WelGENE，韩国)。人造生物膜的细胞培养能力使用MTT法以相对活性测定。

结果如图7所示。

2.测试结果

如图7所示，本发明的人造生物膜(实施例4)表现出比常规胶原膜更高的细胞培养能力。

换言之，本发明的人造生物膜可以被证实适合用作需要细胞培养能力的生物膜。

虽然出于说明的目的已经公开了本发明的优选实施例和测试例，但是本领域技术人员将理解，在不背离如所附权利要求中公开的本发明的范围和实质的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。本发明的范围并非在上述描述中显示，而是在权利要求书中示出，并且应理解在其等同范围内的所有差异都将被包括在本发明中。

Claims

1.一种利用蚕丝基质的人造生物膜，该人造生物膜被构造为：对由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行平面分割，成为第一厚度的具有预定形状的两个以上蚕丝基质片。

2.一种利用蚕丝基质的人造生物膜，该人造生物膜被构造为：对由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行厚度分割，成为具有第二厚度的两个以上蚕丝基质部分，第二厚度小于第一厚度。

3.一种利用蚕丝基质的人造生物膜，该人造生物膜被构造为：对由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行平面分割，成为第一厚度的具有预定形状的两个以上蚕丝基质片，并且对具有第一厚度的各个所述蚕丝基质片进行厚度分割，成为具有第二厚度的蚕丝基质片，第二厚度小于第一厚度。

4.如权利要求1所述的人造生物膜，其中，具有第一厚度的所述蚕丝基质片经过灭菌处理。

5.如权利要求2所述的人造生物膜，其中，具有第二厚度的所述蚕丝基质部分经过灭菌处理。

6.如权利要求3所述的人造生物膜，其中，具有第二厚度的所述蚕丝基质片经过灭菌处理。

7.如权利要求1所述的人造生物膜，其中，具有第一厚度的所述蚕丝基质片经过包装处理。

8.如权利要求2所述的人造生物膜，其中，具有第二厚度的所述蚕丝基质部分经过包装处理。

9.如权利要求3所述的人造生物膜，其中，具有第二厚度的所述蚕丝基质片经过包装处理。

10.一种利用蚕丝基质的人造生物膜的制造方法，所述方法包括：

第一步骤，对由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行平面分割，成为第一厚度的具有预定形状的两个以上蚕丝基质片。

11.一种利用蚕丝基质的人造生物膜的制造方法，所述方法包括：

第一步骤，对由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行厚度分割，成为具有第二厚度的两个以上蚕丝基质部分，第二厚度小于第一厚度。

12.一种利用蚕丝基质的人造生物膜的制造方法，所述方法包括：

第一步骤，对由蚕产生的具有第一厚度的截面的蚕丝基质进行平面分割，成为第一厚度的具有预定形状的两个以上蚕丝基质片；和

第二步骤，对具有第一厚度的各个所述蚕丝基质片进行厚度分割，成为具有第二厚度的两个以上蚕丝基质片，第二厚度小于第一厚度。

13.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括：第二步骤，对第一步骤中获得的具有第一厚度的所述蚕丝基质片进行包装。

14.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括：第二步骤，对第一步骤中获得的具有第二厚度的所述蚕丝基质部分进行包装。

15.如权利要求12所述的方法，所述方法还包括：第三步骤，对第二步骤中获得的具有第二厚度的所述蚕丝基质片进行包装。

16.如权利要求10至15中任一项所述的方法，所述方法还包括：在各个步骤之前或之后进行至少一个灭菌工序。