CN110292657A - 一种用于组织修复的生物胶囊及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种用于组织修复的生物胶囊及其构建方法,所述生物胶囊包括多孔纳米级蜂巢状结构体以及负载于所述多孔纳米级蜂巢状结构体上的修复细胞;其中,所述多孔结构体是通过异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、2‑巯基苯甲酸、十二烷基硫酸钠和水通过聚合反应制备得到的。所述方法包括:取所述异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、2‑巯基苯甲酸、十二烷基硫酸钠和水充分混合形成混合液。本发明实施例制备生物胶囊材料以简单易得、批次间差异较小的合成聚合物为主要材料,没有免疫原性的问题,具有良好的生物相容性。本发明实施例将修复细胞接种到温敏可控的多孔纳米级蜂巢状结构体中,形成生物胶囊。
Description
技术领域
本发明实施例涉及生物医学材料,具体地,涉及一种用于心脏修复的生物胶囊及其构建方法。
背景技术
心肌梗死是冠心病中最常见和最严重的血管疾病之一,患病率逐年增加,可逐步发展为慢性心力衰竭。由此而产生的医疗费用逐年增加,社会和家庭负担严重。虽然传统的药物治疗、介入治疗或外科搭桥手术和心衰晚期使用的器械辅助装置等可以重建血运、减少进一步的疤痕形成和不利的心室重构,并增加未受损心肌的功能,但不能挽救已经死亡的心肌细胞、无法使疤痕组织转变为有功能的相关细胞,无法逆转伴随而来的心力衰竭。心脏移植是治疗终末期心力衰竭的有效手段,但由于供体的严重短缺无法在临床上广泛应用,而干细胞移植疗法由于可促进梗死局部心肌和血管再生,成为目前最有前景的治疗手段之一。目前,干细胞治疗心肌梗死后,缺血性心力衰竭的方法主要采用直接心肌注射细胞,这种方法的局限性在于注射的细胞在心肌内的滞留率极低、增殖性差。主要原因包括:1)经心肌注射的干细胞可以通过孔隙渗出合并血管溢出机制,跟随血液循环到其他器官;2)在心肌梗死区域或者周围血管血液供应差、氧化应激和炎症反应严重、充满细胞毒性因子,不利于移植的干细胞生长;另外移植的细胞作为外源性物质受到免疫排斥反应,心肌细胞的凋亡诱导细胞外基质中的降解酶大量分泌间接分解移植的细胞,在心脏中移植的细胞在移植后逐渐死亡。
目前的促进心脏功能修复的相关生物材料又有诸多问题,如生物相容性差、不能随意制成病理部位相应形态、对细胞组织有毒害、不利于细胞的生长与分化、有免疫原性、不能阻滞炎症细胞的入侵及分解等。
综上所述,如何构建一种生物相容性好、对细胞组织无毒、利于移植细胞生长、可阻止炎症细胞入侵及分解的生物胶囊。
发明内容
为此,本发明实施例提供一种用于组织修复的生物胶囊及其构建方法,以解决现有技术中的缺少可阻止炎症细胞入侵及分解的生物胶囊的问题。
为了实现上述目的,本发明实施例提供如下技术方案:
一种用于组织修复的生物胶囊,所述生物胶囊包括多孔纳米级蜂巢状结构体以及负载于所述多孔纳米级蜂巢状结构体上的修复细胞;其中,所述多孔结构体是通过异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、2-巯基苯甲酸、十二烷基硫酸钠和水通过聚合反应制备得到的。
优选的,所述异丙基丙烯酰胺为9.9mmol、丙烯酸为0.1mmol、2-巯基苯甲酸为0.2mmol、十二烷基硫酸钠为0.2mmol,水为97ml。
优选的,所述修复细胞为心脏基质细胞、间充质干细胞中的一种或几种。
优选的,所述聚合反应中采用过硫酸钾作为引发剂。
本发明实施例另一方面还提供一种构建所述用于组织修复的生物胶囊的方法,其包括:
取所述异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、2-巯基苯甲酸、十二烷基硫酸钠和水充分混合形成混合液;
将所述混合液经脱气、热浴,加入过硫酸钾引发聚合反应,将反应产物降温、纯化、浓缩后得到多孔纳米级蜂巢状结构体;
将所述多孔纳米级蜂巢状结构体与修复细胞混合培养,获得所述生物胶囊。
优选的,所述混合液在油浴中热浴,热浴温度为70℃。
优选的,所述纯化的过程为将所述反应产物通过膜渗析纯化。
优选的,所述浓缩过程为将纯化后的产物加热到70℃脱水浓缩。
本发明实施例的可用于组织修复的生物胶囊,负载于多孔纳米级蜂巢状结构体的修复细胞,并且全部所述的修复细胞位于蜂巢结构内部,其所释放的生长因子可以通过多孔结构释放,起到心脏修复的作用。
本发明的主要优点包括:
本发明实施例制备生物胶囊材料以简单易得、批次间差异较小的合成聚合物为主要材料,没有免疫原性的问题,具有良好的生物相容性。本发明实施例将修复细胞接种到温敏可控的多孔纳米级蜂巢状结构体中,形成生物胶囊。该生物胶囊在加强心脏病变部位保护和机械强度的同时,还给予了包括心肌、血管和间质在内的损伤结构一个极佳的修复环境和动力。本发明实施例的生物胶囊内部结构复杂、孔径为纳米级,可以避免组织周遭环境中炎症细胞的入侵、阻止负载细胞的流失。本发明实施例的生物胶囊是一种纳米级蜂巢状多孔结构结构,其中纳米级孔径和蜂巢状结构,对于炎性细胞是不可渗透的,同时阻止修复细胞的流失;多孔状结构可以实现负载的修复细胞与外部环境的物质交换,包括修复细胞所释放的生长因子可以通过多孔结构释放,起到修复的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对实施方式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,下面描述中的附图仅仅是示例性的,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,还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例的多孔纳米级蜂巢状结构体的外观图。
图2为本发明实施例的扫描电镜下纳米级蜂巢状多孔结构体的照片图。
图3为本发明实施例的扫描电镜下接种心脏基质细胞的生物胶囊内部结构图。
图4为本发明实施例的共聚焦荧光显微镜下生物胶囊内部结构图。
图5为本发明实施例的生物胶囊促进释放治疗性生长因子量的柱状图。
图6为本发明实施例的胶囊层温控点示意图。
图7为本发明实施例的组织脏器中多点注射生物胶囊的示意图。
图8为本发明实施例的多点注射生物胶囊前后的肝脏功能对比图。
图9为本发明实施例的多点注射生物胶囊前后的肾脏功能对比图。
图10为本发明实施例的多点注射生物胶囊后的心脏/体重比的柱状图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1、多孔纳米级蜂巢状结构体的制备
多孔纳米级蜂巢状结构体是由自由基乳液聚合多聚合物合成,具体的,制备过程为:将9.9mmol异丙基丙烯酰胺NIPAM,0.1mmol丙烯酸AA,0.2mmol2-巯基苯甲酸MBA和0.2mmol十二烷基硫酸钠SDS溶解在97ml水中。充分混合后,将混合溶液转移到装有冷凝器和机械搅拌器的250ml三颈烧瓶中。
在聚合之前,混合溶液在氮气下脱气30min。脱气后,将三颈烧瓶置于预热的油浴中,油浴的温度为70℃。将3.0ml含有0.1mmol过硫酸钾KPS水溶液注入混合物溶液中以引发聚合。在氮气的环境保护下,连续搅拌混合物溶液进行聚合反应5小时。将反应产物的温度降至室温后,通过渗析膜渗析作用对反应产物凝胶进行纯化,纯化持续一周,每日更换水。纯化后,将产物凝胶加热至70℃脱水浓缩,在37度下形成凝胶状态,常温下为液体状态,得到多孔纳米级蜂巢状结构体,如图1所示。
实施例2、多孔纳米级蜂巢状结构体
用扫描电子显微镜(SEM)对多孔纳米级蜂巢状结构体进行纵横方向多层的切面观察。如图2所示,多孔纳米级蜂巢状结构体孔径为纳米级,可负载或容纳修复细胞,修复细胞为心脏基质细胞、间充质干细胞或其组合。修复细胞来源包括:心脏的组织细胞、骨髓和外周血来源的间充质干细胞等。该多孔纳米级蜂巢状结构体负载修复细胞后,形成生物胶囊,该生物胶囊能够更好的阻止炎症细胞入侵,并让细胞得到更好的生长,同时可以实现小分子生物活性物质的释放。
实施例3、负载修复细胞的生物胶囊内部形态检测
将修复细胞,心脏基质细胞收集在培养基中,并以1:1:3的比例与10XPBS和多孔纳米级蜂巢状结构体的液体混合,然后在37℃培养箱中加热以凝胶化形成生物胶囊。
用扫描电镜观察生物胶囊,具体为脱水固定生物胶囊,封装在铝桩上用双面胶带并涂上一薄层金,在15kV的加速电压下,扫描电镜扫描和拍照生物胶囊。如图3所示,生物胶囊的结果表明多孔纳米级蜂巢状结构体包裹着修复细胞。
实施例4、生物胶囊内部结构
采用染色剂处理修复细胞,同样的方法制备生物胶囊,培养箱中培养3天,取出固定后,剖开生物胶囊,共聚焦显微镜扫描成像。结果如图4所示,微米级球形的修复细胞成团聚集在生物胶囊内部。
实施例5、生物胶囊可以释放治疗性生长因子
收集生物胶囊在培养皿中不同时间点(3天、5天和9天)条件培养液,ELISA法检测不同时间点的胰岛素样生长因子-1、基质衍生因子-1、血管内皮生长因子的浓度,如图5所示,发现本发明实施例的生物胶囊可以持续不断的释放生长因子。
实施例6、生物胶囊的胶囊层具有成胶的优越温控点
使用通用应力流变仪进行动态振荡实验,温度由Peltier系统控制,在不同温度下检测弹性(储存)模量G'和粘性(损耗)模量G”。如图6所示,发现本发明实施例的生物胶囊具有成胶的优越温控点。
实施例7、组织脏器多点注射生物胶囊
注射器在巴拿马小型猪的心脏中多点注射生物胶囊。如图7所示,发现本发明实施例的生物胶囊无明显返流现象。
实施例8、组织脏器多点注射生物胶囊前后肝脏功能指标无明显变化
巴拿马小型猪耳缘静脉取血,组织脏器多点注射生物胶囊,条件饲养28天,耳缘静脉再次取血,检测分析肾脏功能指标谷丙转氨酶、谷草转氨酶。如图8所示,发现本发明实施例的生物胶囊不影响肝脏功能。
实施例9、组织脏器多点注射生物胶囊前后肾脏功能指标无明显变化
巴拿马小型猪耳缘静脉取血,组织脏器多点注射生物胶囊,条件饲养28天,耳缘静脉再次取血,检测分析肾脏功能指标尿素、肌酐。如图9所示,发现本发明实施例的生物胶囊不影响肾脏功能。
实施例10、组织脏器多点注射生物胶囊后心脏/体重比无明显异常
巴拿马小型猪制备心肌梗死模型,组织脏器多点注射生物胶囊后,条件饲养28天,称量体重后取心脏,进行心脏称量后,算取心脏/体重比。如图10所示,发现本发明实施例的生物胶囊心脏/体重比与正常组无明显差异。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种用于组织修复的生物胶囊,其特征在于,所述生物胶囊包括多孔纳米级蜂巢状结构体以及负载于所述多孔纳米级蜂巢状结构体上的修复细胞;其中,所述多孔结构体是通过异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、2-巯基苯甲酸、十二烷基硫酸钠和水通过聚合反应制备得到的。
2.如权利要求1所述的用于组织修复的生物胶囊,其特征在于,
所述异丙基丙烯酰胺为9.9mmol、丙烯酸为0.1mmol、2-巯基苯甲酸为0.2mmol、十二烷基硫酸钠为0.2mmol,水为97ml。
3.如权利要求1所述的用于组织修复的生物胶囊,其特征在于,
所述修复细胞为心脏基质细胞、来源于骨髓和外周血细胞中的间充质干细胞的一种或几种。
4.如权利要求1所述的用于组织修复的生物胶囊,其特征在于,
所述聚合反应中采用过硫酸钾作为引发剂。
5.一种构建权利要求1所述用于组织修复的生物胶囊的方法,其特征在于包括:
取所述异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、2-巯基苯甲酸、十二烷基硫酸钠和水充分混合形成混合液;
将所述混合液经脱气、热浴,加入过硫酸钾引发聚合反应,将反应产物降温、纯化、浓缩后得到多孔纳米级蜂巢状结构体;
将所述多孔纳米级蜂巢状结构体与修复细胞混合培养,获得所述生物胶囊。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,
所述混合液在油浴中热浴,热浴温度为70℃。
7.如权利要求5所述的方法,其特征在于,
所述纯化的过程为将所述反应产物通过膜渗析纯化。
8.如权利要求5所述的方法,其特征在于,
所述浓缩过程为将纯化后的产物加热到70℃脱水浓缩。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tang Junnan Inventor after: Cui Xiaolin Inventor after: Zhang Hu Inventor after: Zhang Jinying Inventor before: Tang Junnan |
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CB03 | Change of inventor or designer information | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191001 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |