CN110538348A

CN110538348A - 一种尿道组织工程支架及其制备方法

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Publication number: CN110538348A
Application number: CN201810568209.6A
Authority: CN
Inventors: 夏慧敏; 杨景周; 胡金华; 王臻
Original assignee: Guangzhou Women and Childrens Medical Center
Current assignee: Guangzhou Women and Childrens Medical Center
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-12-06

Abstract

本发明涉及一种尿道组织工程支架及其制备方法，该支架含有纳米锂皂石（Na⁺ _0.7(Si₈Mg_5.5Li_0.3)O₂₀(OH)₄]⁻ _0.7）和PLGA（聚乳酸‑羟基乙酸）两种材料，其中纳米锂皂石含量为0.01%‑10%，余量为PLGA。本发明通过以纳米锂皂石和PLGA为原料，通过纺丝3D打印工艺制备得到尿道组织工程支架，该尿道组织工程支架由于含有特定含量的纳米锂皂石和PLGA，不仅能满足尿道组织工程支架对微观多孔结构、降解性能、支持细胞增殖和功能行为的要求，同时具有好的血管诱导性能；且与纯PLGA支架相比，该支架能够显著促进血管内皮细胞的增殖，3天增殖率提高至20%。且制备工艺简单，可广泛用于疾病和创伤造成的尿道组织缺损再生修复。

Description

一种尿道组织工程支架及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，特别涉及一种尿道组织工程支架及其制备方法。

背景技术

尿道缺损常由先天性畸形（尿道下裂等）、重大疾病、创伤和医源性损伤等原因造成。目前手术治疗主要采用阴茎包皮、口腔粘膜和膀胱粘膜皮瓣等自体组织为修补材料进行尿道修复重建，仍存在以“牺牲正常组织为代价，以手术创伤修复组织缺损”的缺陷，造成取材部位并发症和二次创伤。

组织工程和再生医学技术的发展为尿道再生修复带来了新的希望。尿道组织工程技术思路为：获取患者自体能够向尿道组织分化的种子细胞，体外分离和扩增达到一定数量，然后接种到具有一定三维孔道结构的支架材料上进行培养和成熟化，经过细胞的粘附、生长、增殖、分化和分泌细胞外基质，在体外形成具有一定结构和功能的尿道组织然后移植到体内实现尿道缺损的修复和功能重建，支架材料提供结构支撑，并起到模板作用，引导尿道组织再生和控制组织结构，最终支架降解完全被自体尿道组织取代。尿道组织工程支架对尿道再生起到至关重要的作用。纳米级纤维支架在形态上更接近于细胞生理的纳米级微环境，功能上因其具有较大的比表面积和较高的孔隙率，适合接种大量的细胞且有利于细胞间的营养与信号交换，还有细胞导向作用等优点。因而纳米纤维支架被认为比微米级材料更适合组织工程的要求。目前，纳米纤维尿道组织工程支架仍存在血管诱导性较差，尿道组织再生过程中血管化不充分的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的首要目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种具有纳米孔道结构，具有血管诱导性，能够促进血管内皮细胞增殖的尿道组织工程支架。

本发明的另一目的在于提供上述尿道组织工程支架的制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种尿道组织工程支架，该支架含有纳米锂皂石（Na⁺ _0.7(Si₈Mg_5.5Li_0.3)O₂₀(OH)₄]⁻ _0.7）和PLGA（聚乳酸-羟基乙酸）两种材料，其中纳米锂皂石含量为0.01%-10%，余量为PLGA。

优选地，所述纳米锂皂石含量为0.1%-10%，余量为PLGA。

其中，所述支架具有纳米孔道结构，孔径100nm-10μm，纤维直径100nm-5μm，孔隙率10%-99%。

其中，所述PLGA中PLA：PGA的摩尔比为（50-75）：（25-50）；PLGA是一类被美国食品药品监督管理局批准的生物医用高分子材料，也是目前在组织修复领域最常用的人工合成高分子材料，具有良好生物相容性，生物降解速率可调控，降解产物为二氧化碳和水，对人体无毒无害。

其中，所述纳米锂皂石（Na⁺ _0.7(Si₈Mg_5.5Li_0.3)O₂₀(OH)₄]⁻ _0.7）是一种人工合成锂镁层状硅酸盐纳米矿物（片状颗粒直径约25nm，厚度1nm），具有膨胀性能较为显著、阳离子交换容量和比表面积较大等优点，并且纳米锂皂石可释放锂、镁、硅有益元素，提高细胞活力，促进血管生长。纳米锂皂石作为一种新型功能生物医用纳米材料，在组织工程与再生医学领域具有广泛的应用前景。

本发明还公开了上述尿道组织工程支架的制备方法，通过纺丝3D打印工艺制备得到，具体包括如下步骤：

取0.01g-1g纳米锂皂石和9.99g-9g PLGA加入到样品瓶中，加入100ml-50ml的六氟异丙醇，室温磁力搅拌1-3h，配置浓度为10-20%的溶液；纳米孔过滤膜滤掉未溶固体，取滤液备用；

启动静电纺丝机并设定温度为40℃，湿度为30%；待环境条件达到设定值，用注射器装15#针头移取配置好的电纺液，并固定在速度可控推进泵上；调节纺丝针头与接收器的距离为10-25cm，并在针头与接受器上分别连接高压电极的正负极，将纺丝电压调节为15-30kV，并启动高压，设定供液速度为2.0ml/h，并开启供液；纺丝完成后将纳米纤维支架取下，放50℃烘箱中干燥1-3h，除去残留溶剂，即得尿道组织工程支架。采用平板纺丝接收器可得到薄膜状纤维支架，采用圆柱状接收器可得到管状纤维支架。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）本发明通过以纳米锂皂石和PLGA为原料，通过纺丝3D打印工艺制备得到尿道组织工程支架，该尿道组织工程支架由于含有特定含量的纳米锂皂石和PLGA，不仅能满足尿道组织工程支架对微观多孔结构、降解性能、支持细胞增殖和功能行为的要求，同时具有好的血管诱导性能；且与纯PLGA支架相比，该支架能够显著促进血管内皮细胞的增殖，3天增殖率提高至20%。

（2）本发明的制备工艺简单，可广泛用于疾病和创伤造成的尿道组织缺损再生修复。

附图说明

图1为锂皂石1%-PLGA（50:50） 99% 纳米纤维膜状尿道组织工程支架实物图；

图2为锂皂石1%-PLGA（50:50） 99% 纳米纤维膜状尿道组织工程支架微观结构图；

图3为锂皂石10%-PLGA（50:50） 90% 纳米纤维管状尿道组织工程支架实物图；

图4为锂皂石10%-PLGA（50:50） 90% 纳米纤维管状尿道组织工程支架微观结构图；

图5为锂皂石1%-PLGA （75:25）99%纳米纤维管状尿道组织工程支架实物图；

图6为锂皂石1%-PLGA （75:25）99%纳米纤维管状尿道组织工程支架微观结构图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。

本发明实施例和对比例所使用的原料，但不仅限于如下原料：

纳米锂皂石：北京怡蔚特化科技发展有限公司；

PLGA：济南岱罡生物工程有限公司；

六氟异丙醇：苏州昊帆生物股份有限公司。

实施例1

原料：

0.1g纳米锂皂石，9.9g PLGA（PLA:PGA=50:50 摩尔比），100ml六氟异丙醇。

制备步骤：

将纳米锂皂石和PLGA放入锥形瓶中，加入六氟异丙醇，室温磁力搅拌2h，配置浓度为10%的溶液。纳米孔过滤膜滤掉未溶固体，取滤液备用。启动静电纺丝机并设定温度为40℃，湿度为30%。待环境条件达到设定值，用注射器装15#针头移取配置好的电纺液，并固定在速度可控推进泵上。调节纺丝针头与接收器的距离为15cm，并在针头与接受器上分别连接高压电极的正负极，将纺丝电压调节为15kV，并启动高压，设定供液速度为2.0ml/h，并开启供液。使用平板纺丝接收器。纺丝1h后将纳米纤维支架取下，放50℃烘箱中干燥2h，除去残留溶剂，可得0.3 mm厚度的纳米锂皂石—PLGA膜状尿道组织工程纳米纤维支架（图1）。

所得尿道组织工程支架中纳米锂皂石含量为1%，余量为PLGA；该支架具有纳米孔道结构（图2），孔径500nm-1000nm，纤维直径800nm，孔隙率85%。体外生物学实验结果显示，与纯PLGA支架相比，含有1%纳米锂皂石的支架显著促进血管内皮细胞的增殖，3天增殖率提高17%。

实施例2

原料：

1 g纳米锂皂石，9 g PLGA（PLA:PGA=50:50 摩尔比），50ml六氟异丙醇。

制备步骤：

将纳米锂皂石和PLGA放入锥形瓶中，加入六氟异丙醇，室温磁力搅拌2h，配置浓度为20%的溶液。纳米孔过滤膜滤掉未溶固体，取滤液备用。启动静电纺丝机并设定温度为40℃，湿度为30%。待环境条件达到设定值，用注射器装15#针头移取配置好的电纺液，并固定在速度可控推进泵上。调节纺丝针头与接收器的距离为15cm，并在针头与接受器上分别连接高压电极的正负极，将纺丝电压调节为15kV，并启动高压，设定供液速度为2.0ml/h，并开启供液。使用直径2.7mm圆柱状纺丝接收器。纺丝1h后将纳米纤维支架取下，放50℃烘箱中干燥2h，除去残留溶剂，可得0.3 mm厚度，2.7mm内径的纳米锂皂石—PLGA管状尿道组织工程纳米纤维支架（图3）。

所得尿道组织工程支架中纳米锂皂石含量为10%，余量为PLGA。支架具有纳米孔道结构（图4），孔径500nm-800nm，纤维直径1000nm，孔隙率80%。体外生物学实验结果显示，与纯PLGA支架相比，含有10%纳米锂皂石的支架显著促进血管内皮细胞的增殖，3天增殖率提高20%。

实施例3

原料：

0.1 g纳米锂皂石，9.9 g PLGA（PLA:PGA=75:25 摩尔比），50ml六氟异丙醇。

制备步骤：

将纳米锂皂石和PLGA放入锥形瓶中，加入六氟异丙醇，室温磁力搅拌3 h，配置浓度为20 %的溶液。纳米孔过滤膜滤掉未溶固体，取滤液备用。启动静电纺丝机并设定温度为40℃，湿度为30%。待环境条件达到设定值，用注射器装15#针头移取配置好的电纺液，并固定在速度可控推进泵上。调节纺丝针头与接收器的距离为10 cm，并在针头与接受器上分别连接高压电极的正负极，将纺丝电压调节为20kV，并启动高压，设定供液速度为2.0ml/h，并开启供液。使用直径2.7mm圆柱状纺丝接收器。纺丝2h后将纳米纤维支架取下，放50℃烘箱中干燥2h，除去残留溶剂，可得0.6 mm厚度，2.7mm内径的纳米锂皂石—PLGA管状尿道组织工程纳米纤维支架（图5）。

所得尿道组织工程支架中纳米锂皂石含量为1%，余量为PLGA。支架具有纳米孔道结构（图6），孔径500nm-1000nm，纤维直径800nm，孔隙率80%。体外生物学实验结果显示，与纯PLGA支架相比，含有1%纳米锂皂石的支架显著促进血管内皮细胞的增殖，3天增殖率提高18%。

实施例4

原料：

0.01 g纳米锂皂石，9.99 g PLGA（PLA:PGA=75:25 摩尔比），50ml六氟异丙醇。

制备步骤：同实施例1。

所得尿道组织工程支架中纳米锂皂石含量为0.1%，余量为PLGA。支架具有纳米孔道结构，孔径500nm-1000nm，纤维直径800nm，孔隙率80%。体外生物学实验结果显示，与纯PLGA支架相比，含有0.1%纳米锂皂石的支架显著促进血管内皮细胞的增殖，3天增殖率提高15%。

实施例5

原料：

0.001 g纳米锂皂石，9.999g PLGA（PLA:PGA=75:25 摩尔比），50ml六氟异丙醇。

制备步骤：同实施例1。

所得尿道组织工程支架中纳米锂皂石含量为0.01%，余量为PLGA。支架具有纳米孔道结构，孔径500nm-1000nm，纤维直径800nm，孔隙率80%。体外生物学实验结果显示，与纯PLGA支架相比，含有0.01%纳米锂皂石的支架显著促进血管内皮细胞的增殖，3天增殖率提高10%。

实施例6

原料：

0.1g纳米锂皂石，9.9g PLGA（PLA:PGA=25:75 摩尔比），100ml六氟异丙醇。

制备步骤：同实施例1。

所得尿道组织工程支架中纳米锂皂石含量为1%，余量为PLGA。支架具有纳米孔道结构，孔径500nm-1000nm，纤维直径800nm，孔隙率80%。体外生物学实验结果显示，与纯PLGA支架相比，含有1%纳米锂皂石的支架显著促进血管内皮细胞的增殖，3天增殖率提高8%。

对比例1

原料：

10g PLGA（PLA:PGA=50:50 摩尔比），100ml六氟异丙醇。

制备步骤：同实施例1。

所得尿道组织工程支架中纳米锂皂石含量为0%，100%的PLGA，即制备得到纯PLGA支架。该纯PLGA支架，通过体外生物学实验结果显示，3天增殖率提高为1%。

对比例2

原料：

1.5g纳米锂皂石，8.5g PLGA（PLA:PGA=50:50 摩尔比），100ml六氟异丙醇。

制备步骤：同实施例1。

所得尿道组织工程支架中纳米锂皂石含量为15%，余量为PLGA。支架具有纳米孔道结构，孔径500nm-1000nm，纤维直径800nm，孔隙率80%。体外生物学实验结果显示，与纯PLGA支架相比，含有15%纳米锂皂石的支架显著促进血管内皮细胞的增殖，3天增殖率提高3%。

Claims

1.一种尿道组织工程支架，其特征在于，该支架含有纳米锂皂石（Na⁺ _0.7(Si₈Mg_5.5Li_0.3)O₂₀(OH)₄]⁻ _0.7）和PLGA（聚乳酸-羟基乙酸）两种材料，其中纳米锂皂石含量为0.01%-10%，余量为PLGA。

2.根据权利要求1所述的尿道组织工程支架，其特征在于，所述纳米锂皂石含量为0.1%-10%，余量为PLGA。

3.根据权利要求1或2所述的尿道组织工程支架，其特征在于，所述支架具有纳米孔道结构，孔径100nm-10μm，纤维直径100nm-5μm，孔隙率10%-99%。

4.根据权利要求1所述的尿道组织工程支架，其特征在于，所述PLGA中PLA：PGA的摩尔比为（50-75）：（25-50）。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的尿道组织工程支架的制备方法，包括如下步骤：

取0.01g-1g纳米锂皂石和9.99g-9gPLGA加入到样品瓶中，加入100ml-50ml的六氟异丙醇，室温磁力搅拌1-3h，配置浓度为10-20%的溶液；纳米孔过滤膜滤掉未溶固体，取滤液备用；

启动静电纺丝机并设定温度为40℃，湿度为30%；待环境条件达到设定值，用注射器装15#针头移取配置好的电纺液，并固定在速度可控推进泵上；调节纺丝针头与接收器的距离为10-25cm，并在针头与接受器上分别连接高压电极的正负极，将纺丝电压调节为15-30kV，并启动高压，设定供液速度为2.0ml/h，并开启供液；纺丝完成后将纳米纤维支架取下，放50℃烘箱中干燥1-3h，除去残留溶剂，即得尿道组织工程支架。