CN108126239B - 一种孔道结构可控的明胶细胞支架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种孔道结构可控的明胶细胞支架及其制备方法。本发明首先通过乳化法制备均匀的明胶乳液，然后向乳液中加入交联剂固化明胶以制备明胶微球，在破乳过程中明胶微球相互交联粘连形成凝胶，最后将凝胶冷冻干燥制备得到明胶细胞支架。本发明通过不同粒径的明胶微球相互粘连而制备得到孔道结构可控的明胶细胞支架，有效解决目前细胞支架孔径不均匀且尺寸不可调控的问题。本发明提供的明胶细胞支架还具有良好的生物相容性、可生物降解性及较强的力学性能，此外其制备方法绿色、环保且操作简单易行。因此，本发明提供的明胶细胞支架在组织工程领域具有良好的市场应用前景。

Description

一种孔道结构可控的明胶细胞支架及其制备方法

技术领域

本发明涉及组织工程领域，具体涉及一种具有良好生物相容性、可生物降解性、孔径均匀且尺寸可控的明胶细胞支架及其制备方法。

背景技术

组织工程是应用细胞生物学、生物材料和工程学原理开发生物替代品，用以修复或再造组织或器官功能的技术。种子细胞、生长因子和细胞支架是组织工程的三大要素。其中，细胞支架是组织工程中非常重要的一个组成部分。支架可以为细胞的附着、迁移和增殖提供理想的环境，并引导其生长，最终形成所需的三维组织结构。

用作细胞支架的材料应具有高孔隙率、高比表面积和相互贯通的几何结构以及独特的三维形状。目前制备细胞支架的方法有溶剂浇铸、电纺丝、相分离及微粒浸出等技术。然而上述提及的许多方法虽然能成功制造高度多孔的3D基质，但不能实现对细胞支架微观孔道结构的调控，导致材料内部孔道结构不均匀而且尺寸不可调控。细胞支架的孔径大小会影响组织或器官的生成：过大的孔不利于细胞的粘附，过小的孔不利于细胞的迁移和繁殖，而且不同细胞生长所需的最适孔径大小也不同。目前细胞支架孔道结构不可控的缺陷，严重影响其在组织工程中的应用。

通过粒径均匀的明胶微球相互粘连制备的孔径均匀且尺寸可控的细胞支架可以有效解决这一问题。细胞支架均匀的微观孔道结构有利于细胞的增值分化，可控的孔道尺寸可以针对不同的细胞进行调整，优化支架在组织工程的应用。

发明内容

为了解决当前商业化细胞支架存在材料孔径不均匀且尺寸不可控的问题，本发明提供了一种孔道结构可控的明胶细胞支架。通过乳化法可以得到粒径可控且分布均一的明胶微球，并利用这些微球制备细胞支架，就可以实现明胶细胞支架孔道结构的可控性。

本发明提供一种孔道结构可控的明胶支架及其制备方法，其具体制备方法如下：

(1)配制质量浓度为15~35%的明胶水溶液作为分散相，配制含表面活性剂质量浓度为2~10%的油相作为连续相；

(2)将1体积份分散相加入到2~10体积份连续相中，在40~80℃，200~800rpm机械搅拌下乳化30min，得到均匀的乳液；

(3)向上述乳液中加入占明胶干重0.2~2%的交联剂A，在40~80℃，200~800rpm机械搅拌下反应30~90min；

(4)再向上述乳液中加入占明胶干重1~10%的交联剂B，在40~80℃，200~800rpm机械搅拌下反应1~5min，然后通过离心或静置破乳收集明胶微球，于4~30℃反应12~36h使微球相互粘连，然后使用石油醚和纯水交替洗涤产品以除去残余的交联剂、表面活性剂和油相，最后将其冷冻干燥即制备得到孔道结构可控的明胶细胞支架。

根据本发明优选的，所述油相为矿物油、植物油和酯类的一种或几种混合物；

所述油相为液体石蜡、葵花籽油、橄榄油、花生油、蓖麻油、棕榈酸异丙酯、甘油单硬脂酸酯、苯甲酸乙酯和肉豆蔻酸异丙酯中的一种或几种混合物。

根据本发明优选的，所述表面活性剂为山梨醇酐油酸酯、山梨醇酐三硬脂酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯、丙二醇脂肪酸酯、藻酸丙二醇酯、琥珀酸单甘油酯、聚甘油蓖麻醇酸酯、聚甘油脂肪酸酯、柠檬酸脂肪酸甘油酯、氢化松香甘油酯、乳酸脂肪酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯、乙酰化单(双)甘油脂肪酸酯中的一种或几种混合物。

根据本发明优选的，所述交联剂A为京尼平、单宁酸、多巴胺、原花青素、茶多酚中的一种或几种混合物；所述交联剂B为双醛黄原胶、双醛淀粉、双醛羧甲基纤维素、双醛普鲁兰多糖、双醛海藻酸钠、双醛威兰胶、双醛瓜儿豆胶中的一种或几种混合物。

本发明与已有技术相比，具有多方面的积极效果和优点，可归纳概括如下：

(1)本发明通过乳化法得到粒径可控且分布均一的明胶微球，并利用这些微球制备细胞支架，得到的明胶细胞支架孔径均匀且尺寸可控；

(2)本发明选用生物相容性良好的天然物质作为交联剂，可以避免戊二醛和甲醛等小分子醛类交联剂所引起的细胞毒性和钙化作用，因此该方法制备的细胞支架材料不仅具有较强的力学性能，而且具备优异的生物学性能。

具体实施方法

下面给出本发明的三个实施例，通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

实施例 1

配制质量浓度为20%的明胶水溶液作为分散相，配制含山梨醇酐油酸酯质量浓度为3%的液体石蜡作为连续相。将1体积份分散相加入到4体积份连续相中，在50℃，300rpm机械搅拌下乳化30min，得到均匀的乳液。向上述乳液中加入占明胶干重1%的多巴胺，并在50℃，300rpm机械搅拌下反应80min。再向上述乳液中加入占明胶干重2%的双醛羧甲基纤维素，在50℃，300rpm机械搅拌下反应5min。停止搅拌然后将乳液离心，收集明胶微球，在25℃条件下反应16h使微球相互粘连形成凝胶，然后使用石油醚和纯水交替洗涤凝胶以除去交联剂、表面活性剂与残留油相，将其冷冻干燥后即制备得到孔道结构可控的明胶细胞支架。

实施例 2

配制质量浓度为25%的明胶水溶液作为分散相，配制含山梨醇酐单硬脂酸酯质量浓度为5%的葵花籽油作为连续相。将1体积份分散相加入到6体积份连续相中，在60℃，500rpm机械搅拌下乳化30min，得到均匀的乳液。向上述乳液中加入占明胶干重0.5%的京尼平，并在60℃，500rpm机械搅拌下反应60min。再向上述乳液中加入占明胶干重5%的双醛黄原胶，在60℃，500rpm机械搅拌下反应3min。停止搅拌然后将乳液离心，收集明胶微球，在15℃条件下反应24h使微球相互粘连形成凝胶，然后使用石油醚和纯水交替洗涤凝胶以除去交联剂、表面活性剂与残留油相，将其冷冻干燥后即制备得到孔道结构可控的明胶细胞支架。

实施例 3

配制质量浓度为30%的明胶水溶液作为分散相，配制含聚甘油蓖麻醇酸酯质量浓度为8%的肉豆蔻酸异丙酯作为连续相。将1体积份分散相加入到8体积份连续相中，在70℃，700rpm机械搅拌下乳化30min，得到均匀的乳液。向上述乳液中加入占明胶干重1.5%的单宁酸，并在70℃，700rpm机械搅拌下反应45min。再向上述乳液中加入占明胶干重8%的双醛淀粉，在70℃，700rpm机械搅拌下反应1min。停止搅拌然后将乳液静置破乳，收集明胶微球，在10℃条件下反应36h使微球相互粘连形成凝胶，然后使用石油醚和纯水交替洗涤凝胶以除去交联剂、表面活性剂与残留油相，将其冷冻干燥后即制备得到孔道结构可控的明胶细胞支架。

Claims (3)

1.一种孔道结构可控的明胶细胞支架，其特征在于采用乳化法制备不同粒径的明胶微球，再交联固化明胶微球使其相互粘连形成凝胶，然后经冷冻干燥制备孔径均匀且尺寸可控的明胶细胞支架，其具体制备方法如下：

(1)配制质量浓度为15～35％的明胶水溶液作为分散相，配制含表面活性剂质量浓度为2～10％的油相作为连续相；

(2)将1体积份分散相加入到2～10体积份连续相中，在40～80℃，200～800rpm机械搅拌下乳化30min，得到均匀的乳液；

(3)向上述乳液中加入占明胶干重0.2～2％的交联剂A，在40～80℃，200～800rpm机械搅拌下反应30～90min；

(4)再向上述乳液中加入占明胶干重1～10％的交联剂B，在40～80℃，200～800rpm机械搅拌下反应1～5min，然后通过离心或静置破乳收集明胶微球，于4～30℃反应12～36h使微球相互粘连，然后使用石油醚和纯水交替洗涤产品以除去残余的交联剂、表面活性剂和油相，最后将其冷冻干燥即制备得到孔道结构可控的明胶细胞支架；

所述交联剂A为京尼平、单宁酸、多巴胺、原花青素、茶多酚中的一种或几种混合物；

所述交联剂B为双醛黄原胶、双醛淀粉、双醛羧甲基纤维素、双醛普鲁兰多糖、双醛海藻酸钠、双醛威兰胶、双醛瓜儿豆胶中的一种或几种混合物。

2.根据权利要求1所述的孔道结构可控的明胶细胞支架，其特征在于所述油相为矿物油、植物油和酯类的一种或几种混合物；

所述油相为液体石蜡、葵花籽油、橄榄油、花生油、蓖麻油、棕榈酸异丙酯、甘油单硬脂酸酯、苯甲酸乙酯和肉豆蔻酸异丙酯中的一种或几种混合物。

3.根据权利要求1所述的孔道结构可控的明胶细胞支架，其特征在于所述表面活性剂为山梨醇酐油酸酯、山梨醇酐三硬脂酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯、丙二醇脂肪酸酯、藻酸丙二醇酯、琥珀酸单甘油酯、聚甘油蓖麻醇酸酯、聚甘油脂肪酸酯、柠檬酸脂肪酸甘油酯、氢化松香甘油酯、乳酸脂肪酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯、乙酞化单(双)甘油脂肪酸酯中的一种或几种混合物。