CN109276762A - 一种人参皂苷Rg1改性纤维支架及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种人参皂苷Rg1改性纤维支架，该人参皂苷Rg1改性纤维支架为多孔纤维状，其纤维直径为10nm‑100μm，该人参皂苷Rg1改性纤维支架中人参皂苷Rg1负载于基质材料上，基质材料为聚己内酯、聚丙交酯、聚乙交酯、丙交酯‑乙交酯共聚物、聚(3‑羟基丁酸酯‑co‑3‑羟基戊酸酯)中的至少一种，人参皂苷Rg1的负载量为0.01wt％‑1wt％。该人参皂苷Rg1改性纤维支架具有良好的生物活性、生物相容性及生物稳定性，将该支架材料直接植入到缺损部位，可以促进软骨细胞增殖，促进软骨细胞在炎症环境下表型维持能力。本发明还提供了该人参皂苷Rg1改性纤维支架的制备方法和应用。

Description

一种人参皂苷Rg1改性纤维支架及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于组织工程支架材料及其制备技术领域，尤其涉及一种人参皂苷Rg1改性纤维支架及其制备方法和应用。
背景技术
组织再生修复是运用工程科学与生命科学的基本原理和方法，研究和开发生物替代物，进而恢复、维持和改进人体组织功能的一门新兴学科，属于多学科、交叉学科领域，其研究主要包括三个方面：种子细胞、生物材料支架和生长因子。目前应用到组织工程中的生长因子主要是蛋白质类生长因子如生长转化因子β(TGF-β)、骨形态发生蛋白-2(BMP-2)等已经在临床上得到广泛应用，但是这些蛋白生长因子具有半衰期短、稳定性差以及副作用显著的缺点。生物材料支架在组织工程中的应用则较为广泛，在构建组织工程组织过程中具有重要作用，是细胞生长与细胞外基质分泌的场所。但是，现有的生物材料支架材料普遍存在生物活性低的缺点，不能很好地诱导组织工程组织构建。面对各种组织的生理性或者病理性损伤给人们带来的伤痛困扰，亟需设计一种适合细胞生长与增殖，同时具有良好生物活性剂生物稳定性的组织再生修复材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种生物活性高、生物稳定性高的人参皂苷Rg1改性纤维支架，同时还提供该支架的制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种人参皂苷Rg1改性纤维支架，所述人参皂苷Rg1改性纤维支架的微观结构为多孔纤维状，其纤维直径为10nm-20μm，所述人参皂苷Rg1改性纤维支架中人参皂苷Rg1以化学接枝方式负载于基质材料上，所述基质材料为聚己内酯(PCL)、聚丙交酯(PLA)、聚乙交酯(PGA)、丙交酯-乙交酯共聚物(PLGA)、聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)中的至少一种，所述人参皂苷Rg1的负载量为0.01wt％-1wt％。
本发明的人参皂苷Rg1改性纤维支架，采用高分子材料聚己内酯(PCL)、聚丙交酯(PLA)、聚乙交酯(PGA)、丙交酯-乙交酯共聚物(PLGA)、聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)作为软骨组织工程支架的基质材料，与中药提取物人参皂苷Rg1复合构建载中药成分改性纤维支架。所选取的基质材料具有良好的生物相容性、生物可降解性、热稳定性和力学性能，且其降解产物对细胞无毒副作用，而中药有效成分人参皂苷Rg1具有副作用较小、稳定性好、药理活性好等优点。两者复合后得到的人参皂苷Rg1改性纤维支架具有调控软骨细胞生长过程的作用，将普通的组织工程支架转变成功能化组织工程支架。
本发明人参皂苷Rg1改性纤维支架，将人参皂苷Rg1的负载量控制在本发明的范围内，如果低于本发明的范围，则所得支架材料的生物活性差、药效差，如果高于本发明的范围，则药物浓度过高可能会有一些副作用。
本发明的人参皂苷Rg1改性纤维支架，可以通过任意裁剪来改变形状、大小，以使其适应不同部位、不同形状的软骨缺损修复情况。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的人参皂苷Rg1改性纤维支架的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基质材料采用有机溶剂A溶解，获得基质溶液；
(2)将步骤(1)后的基质溶液采用静电纺丝法制备纤维支架；
(3)将过氧化物和接枝中间体溶于溶剂B中，得到聚合溶液，将步骤(2)后的纤维支架放入聚合溶液中，进行聚合反应；
(4)将步骤(3)后的纤维支架放入活化液中进行活化；
(5)将步骤(4)后的纤维支架放入人参皂苷Rg1溶液中进行接枝反应，得到人参皂苷Rg1改性纤维支架。
上述的制备方法，优选的，所述过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化钾、过氧化氢、过氧化钠、过氧化钙、过氧化镁中的至少一种；所述聚合溶液中过氧化物的含量为1mg/mL-500mg/mL；
上述的制备方法，优选的，所述接枝中间体为同时含有双键和羧基的有机物质，具体为甲基丙烯酸、丙烯酸、乙烯基乙酸、丁烯酸、戊烯酸、2-甲基-2-戊烯酸中的至少一种；所述接枝中间体在聚合溶液中所占的体积分数为0.5％-20％。
上述的制备方法，优选的，所述活化液含有以下活化组分中的至少一种：4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐、碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺、2-吗啉乙磺酸、4-二甲氨基吡啶，所述活化组分的含量为1mg/mL-500mg/mL。一般是将活化组分溶于纯水和/或乙酸乙酯中形成活化液。
上述的制备方法，优选的，所述有机溶剂A为二氯甲烷、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、六氟异丙醇中的至少一种；所述基质材料的质量与所述有机溶剂A的体积的比为(1-400)：1，比值的单位为mg/mL。
上述的制备方法，优选的，所述人参皂苷Rg1溶液中人参皂苷Rg1的含量为1μg/mL-500mg/mL；一般将人生皂苷Rg1溶于纯水和/或乙酸乙酯中形成人参皂苷Rg1溶液。
上述的制备方法，优选的，所述静电纺丝的参数条件为：纺丝距离为10cm-20cm、纺丝电压为10KV-25KV、纺丝速度为0.1mL/h-10mL/h。将静电纺丝的参数条件控制在本发明的范围内，可以使支架材料具有均匀的纤维结构，可以提高细胞附着力、支架载药量和传质性能，更好地协助调控细胞生长组织修复。
上述的制备方法，优选的，所述聚合反应的温度为0-100℃，时间为10min-24h；所述活化的温度为4-100℃，时间为5min-72h；所述接枝反应的温度为4-100℃，时间为5min-72h。
上述的制备方法，优选的，所述溶剂B为水、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷中的至少一种。
上述的制备方法，优选的，所述溶解的温度为40-100℃。
本发明的技术方案，将中药提取物人参皂苷Rg1与高分子材料复合，通过化学方法将生物活性因子改性到纤维支架上，赋予纤维支架生物活性。通过合理控制制备过程的参数条件，将药物接枝率以及支架结构参数控制在合适范围内，同时提升支架结构稳定性，使人参皂苷Rg1改性纤维支架具备良好的生物活性及生物相容性，在制备缺损软骨组织的修复材料或替代材料中能很好地适应体内渗透压环境，起到长效缓释、诱导软骨组织构建修复的作用。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的人参皂苷Rg1改性纤维支架或者根据上述的制备方法制备得到的人参皂苷Rg1改性纤维支架在制备缺损软骨组织的修复材料或替代材料中的应用。通过将本发明的人参皂苷Rg1改性纤维支架用于细胞培养实验，以及由实验所证明的其具有良好的生物活性、生物相容性以及生物稳定性等效果，我们发现该可以将人参皂苷Rg1改性纤维支架应用于制备缺损软骨组织的修复材料或替代材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明通过化学接枝方法将具有生物活性功能的人参皂苷Rg1接枝到纤维支架上，赋予纤维支架生物活性，利用中药有效成分人参皂苷Rg1的优势，实现炎症环境下软骨细胞表型维持，同时实现药物的原位与长效缓释，很好地应对软骨损伤中的组织缺损修复；同时由于人参皂苷Rg1具有较高的稳定性和副作用小的优点，改性支架材料可以长期有效发挥作用。将这一载药的支架材料直接植入到缺损部位，可以促进软骨细胞增殖，促进软骨细胞在炎症环境下表型维持能力，呈现出良好的生物相容性与生物活性。
(2)本发明的人参皂苷Rg1改性纤维支架的制备过程无需在高温高压的环境下进行，且制备过程中所涉及的溶剂均具有易挥发性或者通过清洗易于去除，不会在改性支架材料中残留，不会影响药物活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中制备的人参皂苷Rg1改性纤维支架的扫描电镜(SEM)图；
图2是本发明实施例1中制备的人参皂苷Rg1改性纤维支架的红外光谱图；
图3是本发明实施例1中制备的人参皂苷Rg1改性纤维支架在正常与炎症环境下对软骨细胞增殖影响图；
图4是本发明实施例1中制备的人参皂苷Rg1改性纤维支架在正常与炎症环境下对软骨细胞表型维持作用图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的人参皂苷Rg1改性纤维支架，该人参皂苷Rg1改性纤维支架在扫描镜下的微观结构为多孔纤维状，其纤维直径为900±220nm，其扫描电镜图如图1所示；该人参皂苷Rg1改性纤维支架中人参皂苷Rg1以化学接枝方式负载于基质材料PHBV上，其负载量为0.015wt％。
一种本发明的人参皂苷Rg1改性纤维支架的制备方法，包括以下步骤：
(1)将PHBV粉末溶于二氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶液(二氯甲烷与DMF的体积比为9:1)中，并在60℃下搅拌至PHBV完全溶解，获得基质溶液；其中，PHBV的质量与混合溶液的体积的比为0.05，比值的单位为g/mL；
(2)将步骤(1)后的基质溶液装入到20mL玻璃注射器中，连接好静电纺丝装置，进行静电纺丝制备纤维支架，静电纺丝的参数条件为：纺丝距离为15cm，纺丝电压为15kv，纺丝速度为5mL/h；纺丝结束后，将纤维支架材料放于通风橱中24h直至有机溶剂完全挥发；采用酒精和蒸馏水的混合溶液(体积比为1:1)清洗纤维支架3次，然后再用蒸馏水清洗3次，烘干备用；
(3)配置体积比为1：1的酒精-蒸馏水混合液，向其中加入过氧化苯甲酰粉末，过氧化苯甲酰粉末的质量与酒精-蒸馏水混合液的体积的比为1：100，在80℃下搅拌溶解，然后加入甲基丙烯酸溶液(浓度为98％以上)，甲基丙烯酸溶液与酒精-蒸馏水混合液的体积比为1：20，得到聚合溶液，其中过氧化物的含量为10mg/mL，接枝中间体在聚合溶液中所占的体积分数为5％；放入清洗的PHBV纤维支架，在80℃下反应105min，反应完成后采用酒精清洗纤维支架3次，每次8h，之后用蒸馏水清洗三次，制备成甲基丙烯酸接枝的PHBV纤维支架；
(4)按照以下浓度配制活化液：6.25mg/mL乙基[3-(二甲胺基)丙基]碳二亚胺盐酸盐(EDAC)、6.25mg/mL N-羟基丁二酰亚胺(NHS)、26.60mg/mL 2-(N-吗啉)乙磺酸一水物(MES)，配制好后，将步骤(3)后的PHBV纤维支架放入活化液中，在4℃反应24h；
(5)将步骤(4)后活化后的纤维支架放入到人参皂苷Rg1含量为250μg/mL的人参皂苷Rg1溶液中，在常温下反应24h，反应结束后得到人参皂苷Rg1改性纤维支架，采用蒸馏水清洗3次，每次8h，清洗结束后，冷冻干燥后备用。
本实施例制备的人参皂苷Rg1改性纤维支架的红外光谱图如图2所示，由图可知，人参皂苷Rg1成功接枝到PHBV纤维支架上。
将本实施例制备的人参皂苷Rg1改性纤维支架用于细胞培养实验，种植软骨细胞后观察细胞生长情况，人参皂苷Rg1改性纤维支架促进正常与炎症环境下对软骨细胞增殖的影响图如图3所示，由图可知，在第一天软骨细胞数量大体相同，第3天不管在正常和炎症环境下人参皂苷Rg1改性纤维支架均具有促进软骨细胞增殖的效果，第5天时，与炎症下纯PHBV相比，人参皂苷Rg1改性纤维支架可以促进软骨细胞增殖，说明人参皂苷Rg1改性纤维支架在正常环境与炎症环境下均具有促进软骨细胞增殖的效果。软骨细胞在人参皂苷Rg1改性纤维支架上对软骨细胞表型维持作用图如图4所示，由图可知，经过一段时间培养，在炎症环境下纯PHBV支架上细胞逐渐失去软骨细胞典型形貌，细胞伪足细长且杂乱，细胞边界不规整，但是在人参皂苷Rg1改性纤维支架上，不管在正常环境还是炎症环境下，细胞均保持典型的软骨细胞形貌。可见，本实施例的人参皂苷Rg1改性纤维支架具有良好的生物相容性、生物活性和生物稳定性。

Claims (10)

1.一种人参皂苷Rg1改性纤维支架，其特征在于，所述人参皂苷Rg1改性纤维支架的微观结构为多孔纤维状，其纤维直径为10nm-20μm，所述人参皂苷Rg1改性纤维支架中人参皂苷Rg1以化学接枝方式负载于基质材料上，所述基质材料为聚己内酯、聚丙交酯、聚乙交酯、丙交酯-乙交酯共聚物、聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)中的至少一种，所述人参皂苷Rg1的负载量为0.01wt％-1wt％。
2.一种如权利要求1所述的人参皂苷Rg1改性纤维支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将基质材料采用有机溶剂A溶解，获得基质溶液；
(2)将步骤(1)后的基质溶液采用静电纺丝法制备纤维支架；
(3)将过氧化物和接枝中间体溶于溶剂B中，得到聚合溶液，将步骤(2)后的纤维支架放入聚合溶液中，进行聚合反应；
(4)将步骤(3)后的纤维支架放入活化液中进行活化；
(5)将步骤(4)后的纤维支架放入人参皂苷Rg1溶液中进行接枝反应，得到人参皂苷Rg1改性纤维支架。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化钾、过氧化氢、过氧化钠、过氧化钙、过氧化镁中的至少一种；所述聚合溶液中过氧化物的含量为1mg/mL-500mg/mL。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述接枝中间体为同时含有双键和羧基的有机物质，具体为甲基丙烯酸、丙烯酸、乙烯基乙酸、丁烯酸、戊烯酸、2-甲基-2-戊烯酸中的至少一种；所述接枝中间体在聚合溶液中所占的体积分数为0.5％-20％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述活化液含有以下活化组分中的至少一种：4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐、碳二亚胺、N-羟基丁二酰亚胺、2-吗啉乙磺酸、4-二甲氨基吡啶，所述活化组分的含量为1mg/mL-500mg/mL。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂A为二氯甲烷、三氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、六氟异丙醇中的至少一种；所述基质材料的质量与所述有机溶剂A的体积的比为(1-400)：1，比值的单位为mg/mL。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述人参皂苷Rg1溶液中人参皂苷Rg1的含量为1μg/mL-500mg/mL。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的参数条件为：纺丝距离为10cm-20cm、纺丝电压为10KV-25KV、纺丝速度为0.1mL/h-10mL/h。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的温度为0-100℃，时间为10min-24h；所述活化的温度为4℃-100℃，时间为5min-72h；所述接枝反应的温度为4℃-100℃，时间为5min-72h。
10.一种如权利要求1所述的人参皂苷Rg1改性纤维支架或者根据权利要求2-9中任一项所述的制备方法制备得到的人参皂苷Rg1改性纤维支架在制备缺损软骨组织的修复材料或替代材料中的应用。
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CN113663085A (zh) * 2021-08-25 2021-11-19 福州市大福瑞生物科技有限公司 基于卤代环氧烷烃接枝制备皂苷-壳聚糖衍生物的方法及其应用

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