CN110201235A - 一种新型组织修复贴膜 - Google Patents

Abstract

本发明针对组织工程和再生医学领域，通过胶原修饰的单列高分子有序纤维和细菌纤维素构建，并利用外加的磁性贴片产生静磁场对产品进行修饰从而设计出新型的三层组织修复贴膜。本发明基于纤维形貌对细胞行为的作用，采用胶原修饰的单列高分子有序纤维作为组织修复贴膜的内层，为细胞提供结合位点并诱导其极性生长。细菌纤维素作为中层，有利于细胞的渗透并为细胞预留生存空间。磁性贴片作为最外层，产生的静磁场可对生物体的细胞产生一系列的生物效应。本发明主要用于皮肤组织再生和骨骼肌组织的修复。在结构优化的基础上，可将此贴膜应用于组织创伤，利用胶原修饰的单列高分子有序纤维对所募集的细胞进行调控。最后，通过施加的外加磁场对所培养细胞产生一系列的生物效应从而调控不同细胞在组织修复的不同阶段的行为。

Description

一种新型组织修复贴膜

技术领域

本发明针对组织工程和再生医学领域，利用胶原修饰的单列高分子有序纤维和细菌纤维素进行人工组织修复贴膜的制备，并利用磁性贴片所产生的磁场使细胞产生一系列有利的生物效应，可用于皮肤和肌肉组织的再生和修复。胶原修饰的单列高分子有序纤维可以模拟生物组织的分层结构并为细胞提供适合生长的结合位点，使其具有均匀的取向，使瘢痕组织减少，改善组织修复效果。附加磁场具有诱导细胞极性生长和分化、加速创伤愈合修复等多种效应，并可促进成肌细胞融合，使成肌干细胞在分化为肌管肌纤维的同时还能促进内皮细胞的血管生成反应，包括血管内皮生长因子和血管生成素基因的表达以及毛细血管的形成，加速组织修复的进程。通过复合磁场、胶原修饰的单列有序纤维和细菌纤维素，产生有利的生物效应，构建有利于组织修复的微环境，加速创伤愈合，让组织修复效果大大提高。

背景技术

由于创伤和病理生理条件的增加，皮肤创伤修复一直是一个亟待解决的问题。正常的伤口愈合是一个级联的过程，包括一系列事件，如止血、炎症、细胞增殖和细胞外基质的重塑。这四个愈合阶段涉及不同类型细胞、生物活性因子和细胞外基质的相互作用。烧伤或意外造成的大面积创伤会导致大部分皮肤组织的丢失，正常的愈合过程会严重失调从而无法治愈。在这种情况下，利用组织工程和再生医学制造出一种有利于皮肤修复的贴膜尤为重要。组织工程和再生医学的发展不仅可以起到预防瘢痕组织形成和恢复中度损伤肌肉功能的重要作用，而且还为严重肌肉损失患者提供了潜在的治疗选择。这可以通过适当的生物材料与细胞相结合以增强内源再生作为治疗策略。此类策略还可以在体外产生人工工程肌肉构建体，可用于替代不可修复的受损天然肌肉组织。

组织工程领域旨在通过生物材料支架、细胞和生长因子的组合来修复或再生丢失和受损的组织。在伤口愈合的过程中，支架充当三维临时支持物与细胞相互作用，在为细胞提供生存和增殖的结合位点的同时还为细胞提供了合适的物理线索以调控细胞的行为，在空间和时间上引导它们朝向组织形成和再生。利用组织工程手段在体外构建组织修复贴片是十分有意义且符合临床需求的，但在以往的研究中存在很多局限性，如利用二维图案化技术制造的细胞片存在着厚度有限导致肌管排列不齐且收获细胞片用于植入十分不便等缺陷。

具有环境物理线索(如机械、电和磁刺激)的工程组织已被证明能成功加速修复和再生过程。外部刺激使细胞通过表面受体感知微、纳米尺度的变化，进而在细胞内传递信号，改变细胞生长、伸长、迁移和分化等行为。磁场可以通过改变细胞膜的通透性及激活细胞内的信号传导改变细胞的生物活性，从而影响多种类型细胞的增殖、分化及凋亡。本发明利用有序的高分子材料模拟皮肤和肌肉分层结构并结合磁场刺激开发组织修复贴膜，可应用于组织工程和再生医学。

发明内容

本发明中，我们利用胶原修饰的单列高分子有序纤维、细菌纤维素以及磁性贴片构建三层的新型组织修复贴膜。采用磁性贴片作为人工组织修复贴膜的外层，产生的静磁场可对生物体的细胞产生一系列有利的生物效应。细菌纤维素作为人工组织修复贴膜的中层，用以增强损伤部位细胞的募集和渗透。采用胶原修饰的单列有序高分子纤维作为人工组织修复贴膜的内层，为细胞提供粘附位点、促进分化并引导其极性生长。

本发明在结构上模拟皮肤和肌肉的组织结构，可促进细胞的分化和极性生长。利用磁场的磁机械刺激改变细胞膜的通透性以及激活细胞内的信号传导改变细胞的生物活性，从而影响多种类型细胞的增殖、分化及凋亡。

该产品制作方法及结构：

外层：以购买的方式获得磁性贴片，利用组织粘合剂将其与细菌纤维素结合。

中层：以木醋杆菌生产的细菌纤维素为原料，其纤维直径小于100nm，具有与天然细胞外基质相似的结构。首先，将木醋杆菌生产的细菌纤维素水凝胶用清水进行清洗，然后用1％NaOH煮至溶液澄清最后用超纯水浸泡至弱碱性或中性。

内层：以聚己内酯(PCL)，胶原蛋白等高分子材料为原材料，通过生物快速成型(如3D打印等)制造成单列有序纤维，为细胞提供特异性粘附结合位点并诱导其极性生长。

与传统人工组织修复贴膜相比，本发明的创新点在于：

1.本发明采用细菌纤维素为原料，不同于其他人造纳米结构材料，细菌纤维素不会阻碍细胞的渗透，并且因其高生物相容性，能够为细胞活动提供良好的生存环境。

2.本发明为多层结构，内层为胶原修饰的单列有序纤维，能够模拟肌肉的分层结构，在为细胞提供结合位点的同时能够促进细胞分化和极性生长；中层细菌纤维素有利于细胞渗透至内层，并为细胞提供生存空间；外层磁性贴片产生的磁场能够促进细胞的分化，有利于人体组织的修复及再生。

3.本发明运用外加磁场进行修饰，通过改变细胞膜的通透性及激活细胞内的信号传导进而改变细胞的生物活性，从而影响多种类型细胞的增殖和分化，调控细胞行为。

4.本发明最外层为磁性贴片，价格低廉、易得。所产生的静磁场不会被生物材料衰减并深入到组织中。

5.本发明中层为细菌纤维素，通过培养木醋杆菌得到，方法简单且成本低廉，亦可批量生产。

6.本发明内层为胶原修饰的单列有序高分子纤维，通过电脑建模可快速成型(如3D打印等)制造并批量生产。

附图说明

如图所示，

图1为本文设计的三层人工组织修复贴膜的模型。最外层为磁性贴片，中层为细菌纤维素，内层为胶原修饰的单列高分子有序纤维。

图2为细菌纤维素的显微结构图，其纤维直径小于100nm。

图3为有序纤维显微结构图。

具体实施方式

下面结合实施条例对本专利做进一步的说明。

1)三层新型组织修复贴膜的制作方法

外层：利用组织粘合剂将磁性贴片和细菌纤维素粘合。

中层：细菌纤维素。通过在醋酸菌培养基(#350)培养木醋杆菌得到。细菌纤维素膜先经清水冲洗，然后通过1％NaOH煮至溶液澄清，最后超纯水浸泡至弱碱性或中性。75％医用酒精浸泡10min，紫外照射1h进行灭菌。

内层：有序纤维丝。配制7％(v/v)聚己内酯(PCL)、胶原蛋白(1％)打印溶液，通过3D打印等快速成型手段附着于细菌纤维素膜片上得到聚己内酯有序纤维。75％医用酒精浸泡10min，紫外照射1h进行灭菌。

上述以较佳实例公开了本专利，然其并非用以限制本专利，凡采用等同替换或者等效替换方式所获得的技术方案，均落在本专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型组织修复贴膜，其特征在于，利用磁性贴片、细菌纤维素以及胶原蛋白修饰的单列有序高分子纤维构建三层结构，利用静磁场对生物体产生有利的生物效应，特异性调控细胞行为。

2.根据权利要求1的新型组织修复贴膜，其特征在于，基于纤维形貌对细胞行为的影响从而设计出模拟肌肉分层的结构。内层的有序纤维能在为细胞提供结合位点的同时诱导其分化，外层的细菌纤维素有利于细胞的渗透并为细胞预留生存空间。

3.根据权利要求1的新型组织修复贴膜，其特征在于，使用了不同于其他人工纳米纤维结构的材料--细菌纤维素，因而不会阻碍细胞的渗透，并因其高生物相容性，能够为细胞提供良好的生存环境。

4.根据权利要求1的新型组织修复贴膜，其特征在于，通过结构和纤维形貌优化物理刺激设计并引入静磁场的诱导作用，在体外构建有利于细胞分化并极性生长的微环境。

5.根据权利要求1的新型组织修复贴膜，其特征在于，通过单列有序的纤维模拟肌肉分层结构，利用静磁场的调控作用，从而设计出既有利于骨骼肌修复又能应用于皮肤组织再生的生物材料。

6.根据权利要求1的新型组织修复贴膜，其特征在于，不但利用了单列有序纤维模拟肌肉分层结构，还创造性的使用胶原蛋白对其进行改性，使其有利于细胞的迁移和黏附，因此更具组织修复潜力。