CN107551322A - 一种用于膀胱修复的复合支架材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用四种已被FDA批准的聚合物与两种细胞复合后的用于膀胱修复的纤维支架材料选用聚己内酯，聚左旋丙交酯，聚混旋乙丙交酯共聚物及明胶四种聚合物，利用四喷头高压静电纺丝制备无纺布组织支架，植入平滑肌细胞培养24h后，在支架另一面植入泌尿道上皮细胞培养24h，即构成含细胞的膀胱修复支架材料。本发明的膀胱修复由可吸收聚合物纤维及两种细胞组成，具有持续的力学性能及优异的生物相容性能。

Description

一种用于膀胱修复的复合支架材料

技术领域

本发明涉及一种用于膀胱修复的复合支架材料，更具体的，是一种利用四种已被FDA批准的聚合物与两种细胞复合后的用于膀胱修复的纤维支架材料。

背景技术

膀胱是人体不可或缺的重要器官，它是用来储存来自肾脏的尿液以及定时排出尿液的。没有膀胱，尿会直接排入尿道，不停地从尿道口滴出，污湿衣裤。一般情况下，膀胱再造术会利用一段患者自己的小肠来充当部分膀胱，扩充膀胱的尺寸。但是，由于肠组织与膀胱组织的生理结构不一致，长期与尿液接触仍然会导致代谢不畅及功能性遗尿等并发症。利用组织工程支架制备膀胱将能有效解决这一问题，核心是设计开发出力学性能及生理特征均能与植入替换的靶目标相一致，而利用支架在体外培养细胞的复合结构是最有效直接的方式，因为在矩阵基质中的细胞在植入体内时能够加速原位的组织再生，同时降低因为支架植入引发的异物反应。

虽然有大量研究报道的膀胱组织工程支架利用已被FDA认可的和聚合物，如PLA、PGA、PLGA、PCL等，以及天然衍生物材料，如膀胱黏膜下层及小肠黏膜下层制备的。然而，这些材料的生物相容性能、力学性能以及结构特性都有某些程度的缺陷，并且植入容易引起各种并发症，如移植挛缩，疤痕、结石形成，感染，移植位穿孔等。作为植入的支架材料，制备方法也有诸多选择，其中，利用高压静电纺丝制备的无纺布结构因为高的比表面积及类细胞外矩阵基质结构被证明能够促进细胞的增殖及功能性，但力学性能不足一直使其发展受限。即使植入前进行体外培养，也因为细胞长入受孔隙率影响较大，而很难实现实际植入时的功能性恢复。

本发明利用高压静电纺丝的多喷头制备方式，将4种聚合物分别装样，经过4喷头实现纤维混合，包括聚己内酯(PCL)，聚左旋丙交酯(PLLA)，聚混旋乙丙交酯共聚物(PDLLGA，LA/GA＝1/1)及明胶(Gelatin)纤维。其中，明胶具有良好的亲水性并能够增强细胞增殖能力，在体外培养阶段，分别培养平滑肌细胞及泌尿道上皮细胞，明胶能够诱导细胞长入支架内层；此后，利用其余三种不同纤维的降解时间不同，制备出多级的支架材料，随着材料降解，PLGA降解时间约1个月，PLLA降解时间约3个月，组织支架的孔隙逐渐增大，细胞逐渐长入，因而有持续的力学性能及优异的生物相容性能，是优良的膀胱修复替代材料。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种用于膀胱修复的复合支架材料，膀胱修复由可吸收聚合物纤维及两种细胞组成，具有持续的力学性能及优异的生物相容性能。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：其制备步骤包括无纺布的制备和复合支架材料的制备；

所述无纺布的制备包括如下步骤：

s1,将聚己内酯，聚左旋丙交酯和聚混旋乙丙交酯共聚物分别加入至DMF与氯仿的混合溶剂中，搅拌直至完全溶解，得到聚己内酯溶液、聚左旋丙交酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液；

s2，将明胶加入DMF与水的混合溶剂中搅拌溶解得到明胶溶液；

s3，将聚己内酯溶液、聚左旋丙交酯溶液、聚混旋乙丙交酯共聚物溶液和明胶溶液分别放入纺丝机中进行静电纺丝，得到无纺布；

所述复合支架材料的制备按照如下步骤：

s4，将无纺布进行灭菌处理；

s5，将无纺布放入圆形培养皿中，加入DMEM培养液，并将分离培养好的平滑肌细胞以10⁵个/cm²移植于无纺布表面，37℃，5％CO₂培养箱中培养24h；

s6，将无纺布翻面，更换培养液，并将分离好的泌尿道上皮细胞以10⁵个/cm²移植于无纺布的另一表面，37℃，5％CO₂培养箱中培养24h，得到膀胱修复材料。

所述s1中的DMF与氯仿的体积比为1:1，所述聚己内酯的浓度为10％-40％，聚左旋丙交酯为15％-50％，聚混旋乙丙交酯共聚物为20％-50％.

所述s2中的DMF与水的体积比为1:2，所述明胶的浓度为15-35％。

所述s3中纺丝机带有呈平行四边形排列的四个喷头，所述四个喷头分别连接四种溶液，四种聚合物质量总含量为100％，聚己内酯的含量为20-55％，聚左旋丙交酯的含量为15-50％，聚混旋乙丙交酯共聚物的含量为15-50％，明胶的含量为15-50％。

作为改进，所述四个喷头的喷头间距离如下：喷头1至喷头2、喷头3至喷头4的直线距离均为4cm，喷头1至喷头3、喷头2至喷头4的直线距离均为2.5cm。

作为改进，所述喷头水平移动距离为7-15cm，所述喷头移动为往复移动，所述喷头的推进速率均为10-20uL/min，接收距离为17.5-22.5cm，纺丝电压为17-28kV；接收时间为20-80min。

所述s3中的无纺布的厚度为60-200μm，纤维直径为200-1500nm。

所述s4中的灭菌处理采用紫外灯照射4h，所述紫外灯功率为7-15W

所述s4中的灭菌处理采用环氧乙烷灭菌4h。

所述复合支架材料的使用方法如下：

步骤1，将破损需修复的膀胱边缘剪切干净，并清洗干净；

步骤2，将培养好的复合支架材料修剪尺寸及形状按照原膀胱修剪(破损边缘)；

步骤3，采用PDO可吸收缝线无张力缝合固定，并采用生理盐水充分冲洗。所述PDO可吸收缝线的直径为0.1-0.5mm。

本发明选用聚己内酯，聚左旋丙交酯，聚混旋乙丙交酯共聚物及明胶四种聚合物，利用四喷头高压静电纺丝制备无纺布组织支架，植入平滑肌细胞培养24h后，在支架另一面植入泌尿道上皮细胞培养24h，即构成含细胞的膀胱修复支架材料。

复合支架材料植入前拉伸强度大于5000MPa，拉伸模量大于1000MPa，断裂伸长率大于300％；植入三个月后，与膀胱组织复合的支架材料，拉伸模量大于3000MPa，几乎接近正常膀胱组织。

从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：

1.本发明的膀胱修复材料由可吸收聚合物纤维及两种细胞组成，具有持续的力学性能及优异的生物相容性能。

2.本发明采用明胶作为聚合物材料能够充分利用其良好的亲水性和能够增强细胞增殖能力的特性；在体外培养阶段，分别培养平滑肌细胞及泌尿道上皮细胞，明胶能够诱导细胞长入支架内层。

3.本发明采用的聚己内酯，聚左旋丙交酯，聚混旋乙丙交酯共聚物在降解时间存在差异，能够形成多级降解的支架材料；随着材料降解，组织支架的空隙逐渐增大，细胞逐渐长入，达到逐渐替代的作用，达到修复效果。

4.本发明采用四喷头的方式实现纤维混合的效果，能够保证降解过程中组织支架的完整性。

附图说明

图1是本发明实施例1中四喷头的结构位置。

附图标记：1、喷头1；2、喷头2；3、喷头3；4、喷头4。

具体实施方式

结合图1，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。

实施例1

一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：其制备步骤包括无纺布的制备和复合支架材料的制备；

所述无纺布的制备包括如下步骤：

s1,将聚己内酯，聚左旋丙交酯和聚混旋乙丙交酯共聚物分别加入至DMF与氯仿的混合溶剂中，搅拌直至完全溶解，得到聚己内酯溶液、聚左旋丙交酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液；

s2，将明胶加入DMF与水的混合溶剂中搅拌溶解得到明胶溶液；

s3，将聚己内酯溶液、聚左旋丙交酯溶液、聚混旋乙丙交酯共聚物溶液和明胶溶液分别放入纺丝机中进行静电纺丝，得到无纺布；

所述复合支架材料的制备按照如下步骤：

s4，将无纺布进行灭菌处理；

s5，将无纺布放入圆形培养皿中，加入DMEM培养液，并将分离培养好的平滑肌细胞以10⁵个/cm²移植于无纺布表面，37℃，5％CO₂培养箱中培养24h；

s6，将无纺布翻面，更换培养液，并将分离好的泌尿道上皮细胞以10⁵个/cm²移植于无纺布的另一表面，37℃，5％CO₂培养箱中培养24h，得到膀胱修复材料。

所述s1中的DMF与氯仿的体积比为1:1，所述聚己内酯的浓度为10％，聚左旋丙交酯为15％，聚混旋乙丙交酯共聚物为20％.

所述s2中的DMF与水的体积比为1:2，所述明胶的浓度为15％。

所述s3中纺丝机带有呈平行四边形排列的四个喷头，所述四个喷头分别连接四种溶液，四种聚合物质量总含量为100％，聚己内酯的含量为20％，聚左旋丙交酯的含量为15％，聚混旋乙丙交酯共聚物的含量为15％，明胶的含量为50％。

所述四个喷头的喷头间距离如下：喷头1至喷头2、喷头3至喷头4的直线距离均为4cm，喷头1至喷头3、喷头2至喷头4的直线距离均为2.5cm。

所述喷头水平移动距离为7-15cm，所述喷头移动为往复移动，所述喷头的推进速率均为10uL/min，接收距离为17.5cm，纺丝电压为17kV；接收时间为20min。

所述s3中的无纺布的厚度为60μm，纤维直径为200nm。

所述s4中的灭菌处理采用紫外灯照射4h，所述紫外灯功率为7W

所述s4中的灭菌处理采用环氧乙烷灭菌4h。

所述复合支架材料的使用方法如下：

步骤1，将破损需修复的膀胱边缘剪切干净，并清洗干净；

步骤2，将培养好的复合支架材料修剪尺寸及形状按照原膀胱修剪(破损边缘)；

步骤3，采用PDO可吸收缝线无张力缝合固定，并采用生理盐水充分冲洗。所述PDO可吸收缝线的直径为0.1mm。

本实施例中的膀胱修复材料植入一个月后，即能与原本膀胱组织良好融合，三个月后，修复位置无炎性反应，无破裂，无疤痕形成。植入前拉伸强度为5123MPa，拉伸模量为1013MPa，断裂伸长率为312％；植入三个月后，与膀胱组织复合的支架材料，拉伸模量为3124MPa。

实施例2

一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：其制备步骤包括无纺布的制备和复合支架材料的制备；

所述无纺布的制备包括如下步骤：

s1,将聚己内酯，聚左旋丙交酯和聚混旋乙丙交酯共聚物分别加入至DMF与氯仿的混合溶剂中，搅拌直至完全溶解，得到聚己内酯溶液、聚左旋丙交酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液；

s2，将明胶加入DMF与水的混合溶剂中搅拌溶解得到明胶溶液；

s3，将聚己内酯溶液、聚左旋丙交酯溶液、聚混旋乙丙交酯共聚物溶液和明胶溶液分别放入纺丝机中进行静电纺丝，得到无纺布；

所述复合支架材料的制备按照如下步骤：

s4，将无纺布进行灭菌处理；

s5，将无纺布放入圆形培养皿中，加入DMEM培养液，并将分离培养好的平滑肌细胞以10⁵个/cm²移植于无纺布表面，37℃，5％CO₂培养箱中培养24h；

s6，将无纺布翻面，更换培养液，并将分离好的泌尿道上皮细胞以10⁵个/cm²移植于无纺布的另一表面，37℃，5％CO₂培养箱中培养24h，得到膀胱修复材料。

所述s1中的DMF与氯仿的体积比为1:1，所述聚己内酯的浓度为40％，聚左旋丙交酯为50％，聚混旋乙丙交酯共聚物为50％.

所述s2中的DMF与水的体积比为1:2，所述明胶的浓度为35％。

所述s3中纺丝机带有呈平行四边形排列的四个喷头，所述四个喷头分别连接四种溶液，四种聚合物质量总含量为100％，聚己内酯的含量为55％，聚左旋丙交酯的含量为15％，聚混旋乙丙交酯共聚物的含量为15％，明胶的含量为15％。

所述四个喷头的喷头间距离如下：喷头1至喷头2、喷头3至喷头4的直线距离均为4cm，喷头1至喷头3、喷头2至喷头4的直线距离均为2.5cm。

所述喷头水平移动距离为7-15cm，所述喷头移动为往复移动，所述喷头的推进速率均为20uL/min，接收距离为22.5cm，纺丝电压为28kV；接收时间为80min。

所述s3中的无纺布的厚度为200μm，纤维直径为1500nm。

所述s4中的灭菌处理采用紫外灯照射4h，所述紫外灯功率为15W

所述s4中的灭菌处理采用环氧乙烷灭菌4h。

所述复合支架材料的使用方法如下：

步骤1，将破损需修复的膀胱边缘剪切干净，并清洗干净；

步骤2，将培养好的复合支架材料修剪尺寸及形状按照原膀胱修剪(破损边缘)；

步骤3，采用PDO可吸收缝线无张力缝合固定，并采用生理盐水充分冲洗。所述PDO可吸收缝线的直径为0.5mm。

本实施例中的膀胱修复材料植入一个月后，即能与原本膀胱组织良好融合，三个月后，修复位置无炎性反应，无破裂，无疤痕形成。植入前拉伸强度为5210MPa，拉伸模量为1523MPa，断裂伸长率为542％；植入三个月后，与膀胱组织复合的支架材料，拉伸模量为3342MPa。

实施例3

一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：其制备步骤包括无纺布的制备和复合支架材料的制备；

所述无纺布的制备包括如下步骤：

s1,将聚己内酯，聚左旋丙交酯和聚混旋乙丙交酯共聚物分别加入至DMF与氯仿的混合溶剂中，搅拌直至完全溶解，得到聚己内酯溶液、聚左旋丙交酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液；

s2，将明胶加入DMF与水的混合溶剂中搅拌溶解得到明胶溶液；

s3，将聚己内酯溶液、聚左旋丙交酯溶液、聚混旋乙丙交酯共聚物溶液和明胶溶液分别放入纺丝机中进行静电纺丝，得到无纺布；

所述复合支架材料的制备按照如下步骤：

s4，将无纺布进行灭菌处理；

s5，将无纺布放入圆形培养皿中，加入DMEM培养液，并将分离培养好的平滑肌细胞以10⁵个/cm²移植于无纺布表面，37℃，5％CO₂培养箱中培养24h；

s6，将无纺布翻面，更换培养液，并将分离好的泌尿道上皮细胞以10⁵个/cm²移植于无纺布的另一表面，37℃，5％CO₂培养箱中培养24h，得到膀胱修复材料。

所述s1中的DMF与氯仿的体积比为1:1，所述聚己内酯的浓度为30％，聚左旋丙交酯为15％，聚混旋乙丙交酯共聚物为25％.

所述s2中的DMF与水的体积比为1:2，所述明胶的浓度为25％。

所述s3中纺丝机带有呈平行四边形排列的四个喷头，所述四个喷头分别连接四种溶液，四种聚合物质量总含量为100％，聚己内酯的含量为25％，聚左旋丙交酯的含量为25％，聚混旋乙丙交酯共聚物的含量为25％，明胶的含量为25％。

所述四个喷头的喷头间距离如下：喷头1至喷头2、喷头3至喷头4的直线距离均为4cm，喷头1至喷头3、喷头2至喷头4的直线距离均为2.5cm。

所述喷头水平移动距离为7-15cm，所述喷头移动为往复移动，所述喷头的推进速率均为15uL/min，接收距离为20.5cm，纺丝电压为21kV；接收时间为20-80min。

所述s3中的无纺布的厚度为120μm，纤维直径为800nm。

所述s4中的灭菌处理采用紫外灯照射4h，所述紫外灯功率为13W

所述复合支架材料的使用方法如下：

步骤1，将破损需修复的膀胱边缘剪切干净，并清洗干净；

步骤2，将培养好的复合支架材料修剪尺寸及形状按照原膀胱修剪(破损边缘)；

步骤3，采用PDO可吸收缝线无张力缝合固定，并采用生理盐水充分冲洗。所述PDO可吸收缝线的直径为0.3mm。

本实施例中的膀胱修复材料植入一个月后，即能与原本膀胱组织良好融合，三个月后，修复位置无炎性反应，无破裂，无疤痕形成。植入前拉伸强度为5521MPa，拉伸模量为1342MPa，断裂伸长率为352％；植入三个月后，与膀胱组织复合的支架材料，拉伸模量为3631MPa。

本发明将聚己内酯，聚左旋丙交酯、聚混旋乙丙交酯共聚物和明胶分别溶解在混合溶剂，得到四种溶液，再放入纺丝机中静电纺丝得到无纺布；然后将无妨布进行灭菌处理后加入DMEM培养液，在单表面移植平滑肌细胞培养，最后将无纺布翻面，更换培养剂，并在表面移植泌尿道上皮细胞培养，得到膀胱修复材料。

综上所述，本发明具有以下优点：

1.本发明的膀胱修复由可吸收聚合物纤维及两种细胞组成，具有持续的力学性能及优异的生物相容性能。

2.本发明采用明胶作为聚合物材料能够充分利用其良好的亲水性和能够增强细胞增殖能力的特性；在体外培养阶段，分别培养平滑肌细胞及泌尿道上皮细胞，明胶能够诱导细胞长入支架内层。

3.本发明采用的聚己内酯，聚左旋丙交酯，聚混旋乙丙交酯共聚物在降解时间存在差异，能够形成多级降解的支架材料；随着材料降解，组织支架的空隙逐渐增大，细胞逐渐长入，达到逐渐替代的作用，达到修复效果。

4.本发明采用四喷头的方式实现纤维混合的效果，能够保证降解过程中组织支架的完整性。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：其制备步骤包括无纺布的制备和复合支架材料的制备；

所述无纺布的制备包括如下步骤：

s1,将聚己内酯，聚左旋丙交酯和聚混旋乙丙交酯共聚物分别加入至DMF与氯仿的混合溶剂中，搅拌直至完全溶解，得到聚己内酯溶液、聚左旋丙交酯溶液和聚混旋乙丙交酯共聚物溶液；

s2，将明胶加入DMF与水的混合溶剂中搅拌溶解得到明胶溶液；

s3，将聚己内酯溶液、聚左旋丙交酯溶液、聚混旋乙丙交酯共聚物溶液和明胶溶液分别放入纺丝机中进行静电纺丝，得到无纺布；

所述复合支架材料的制备按照如下步骤：

s4，将无纺布进行灭菌处理；

s5，将无纺布放入圆形培养皿中，加入DMEM培养液，并将分离培养好的平滑肌细胞以10⁵个/cm²移植于无纺布表面，37℃，5％CO₂培养箱中培养24h；

s6，将无纺布翻面，更换培养液，并将分离好的泌尿道上皮细胞以10⁵个/cm²移植于无纺布的另一表面，37℃，5％CO₂培养箱中培养24h，得到膀胱修复材料。

2.根据权利要求1所述的一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：所述s1中的DMF与氯仿的体积比为1:1，所述聚己内酯的浓度为10％-40％，聚左旋丙交酯为15％-50％，聚混旋乙丙交酯共聚物为20％-50％。

3.根据权利要求1所述的一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：所述s2中的DMF与水的体积比为1:2，所述明胶的浓度为15-35％。

4.根据权利要求1所述的一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：所述s3中纺丝机带有呈平行四边形排列的四个喷头，所述四个喷头分别连接四种溶液，四种聚合物质量总含量为100％，聚己内酯的含量为20-55％，聚左旋丙交酯的含量为15-50％，聚混旋乙丙交酯共聚物的含量为15-50％，明胶的含量为15-50％。

5.根据权利要求4所述的一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：所述四个喷头的喷头间距离如下：喷头1至喷头2、喷头3至喷头4的直线距离均为4cm，喷头1至喷头3、喷头2至喷头4的直线距离均为2.5cm。

6.根据权利要求4所述的一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：所述喷头水平移动距离为7-15cm，所述喷头移动为往复移动，所述喷头的推进速率均为10-20uL/min，接收距离为17.5-22.5cm，纺丝电压为17-28kV；接收时间为20-80min。

7.根据权利要求1所述的一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：所述s3中的无纺布的厚度为60-200μm，纤维直径为200-1500nm。

8.根据权利要求1所述的一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：所述s4中的灭菌处理采用紫外灯照射4h，所述紫外灯功率为7-15W。

9.根据权利要求1所述的一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：所述s4中的灭菌处理采用环氧乙烷灭菌4h。

10.根据权利要求1所述的一种用于膀胱修复的复合支架材料，其特征在于：所述复合支架材料的使用方法如下：

步骤1，将破损需修复的膀胱边缘剪切干净，并清洗干净；

步骤2，将培养好的复合支架材料修剪尺寸及形状按照原膀胱修剪(破损边缘)；

步骤3，采用PDO可吸收缝线无张力缝合固定，并采用生理盐水充分冲洗。所述PDO可吸收缝线的直径为0.1-0.5mm。