CN111035806A - 一种抗感染生物材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗感染生物材料及其制备方法。具体的，本发明采用抗菌肽或其片段、衍生物等作为抗感染的主要成分，与脱细胞基质生物材料或其他具备三维网状结构的修补材料结合，制备得到抗感染生物材料。本发明可应用于污染伤口或创面的覆盖、修补，抑制细菌生长，促进组织细胞长入，加快新血管生成。
Description
技术领域
本发明属于组织修复材料技术领域，特别涉及一种抗感染生物材料及其制备方法。
背景技术
良好的修复材料可增强组织力学强度、引导缺损无张力修复，诱导缺损周围宿主细胞迁移，为宿主细胞黏附、生长提供支架，加快缺损组织的再生。常用的修复材料包括人工合成材料和天然材料。合成材料是细菌的良好粘附载体，细菌一旦定植则必须二次手术移除材料，因此合成补片不适于应用污染或潜在污染创面。脱细胞基质生物材料是目前组织修复材料研究的新进展，包括猪小肠粘膜下层(Porcine derived small intestinalsubmucosa,PSIS)、脱细胞真皮(Acellular dermal matrix,ADM)等。
然而，生物材料应用到较重污染或感染腹壁缺损修复时失败率显著提高，且失败病例均合并手术部位感染。事实上也不可否认脱细胞基质生物材料仅是部分耐受感染而不是抗感染，其自身并没有抗微生物活性。研究显示，脱细胞基质生物材料的浸提液并不抑制细菌等微生物增殖，而且细菌接种在脱细胞基质生物材料表面反而会因为环境更佳而增殖加速。生物材料的抗感染能力跟植入时定植细菌量有关，当高于一定限量，超过吞噬细胞清除能力，脱细胞基质内细菌同样可以形成生物膜，分泌大量胶原酶导致脱细胞基质生物材料迅速崩解。因此，尽管脱细胞基质生物材料较合成材料应用于污染或感染效果有改善，但结果仍不满意，故有必要添加外源成分以期辅助增强其抗感染效果。
目前提高脱细胞基质生物材料抗感染性方面已有的报道方法制备的抗感染生物材料抗菌性良好，但存在一定缺陷，主要是由于其应用的抗菌成分，如含银化合物或纳米银(如中国发明专利CN101623518A、CN102018991A、CN103622782A)存在抗菌谱单一，生物安全性和过敏风险高；甲壳素、壳聚糖类成分(如中国实用新型专利CN204618943U、以及安祥莲等，山东大学学报,2015,53(8):32-37)存在抗菌性能较弱；抗生素类成分(如中国发明专利CN104436318A、CN103263693A)存在耐药性、生物安全性风险等。
发明内容
本发明提供一种抗感染生物材料，用于软组织缺损的覆盖和修复，特别是对于污染或伴潜在污染的缺损的修复。
本发明还提供一种抗感染生物材料制备方法，制备的抗感染生物材料用于软组织缺损的覆盖和修复，特别是对于污染或伴潜在污染的缺损的修复。
本发明的技术方案如下：
一种抗感染生物材料，其主要由抗感染成分和生物材料结合而成，所述抗感染成分包括抗菌肽、或所述抗菌肽的功能性片段、或所述抗菌肽的衍生物。
优选的，所述抗菌肽选自微生物抗菌肽、植物抗菌肽、动物抗菌肽、人源抗菌肽中的一种或多种。
优选的，所述生物材料为膜片状生物材料。
优选的，所述膜片状生物材料的原料为脱细胞基质生物材料或胶原蛋白。
优选的，所述生物材料为具有三维胶原支架结构的生物材料。
优选的，所述抗感染成分与所述生物材料的结合通过化学键交联、静电吸附、分子间作用力、或生物学方式的特异性结合。
本发明还提供一种抗感染生物材料的制备方法，生物材料经过含抗感染成分溶液处理。所述生物材料经过含抗感染成分溶液处理过程中，选择性增加振荡、交联剂、诱导剂的物理和/或化学处理。
抗菌肽是生物天然免疫的重要组成成分，而天蚕素抗菌肽是目前研究最清楚、效果最明确的抗菌肽。其具有广谱抗菌活性，抗病毒活性和抗肿瘤活性，生物活性强，特异性高，不易产生耐药性，可借助基因工程技术大批量表达。天蚕素的B片段和类似物已作为局部应用于伤口治疗和预防伤口感染的药物，进入临床前研究。此外，抗菌肽荷正电荷，可有效黏附至支架材料，发挥抗菌功效。但是由于抗菌肽为多肽结构，植入后容易被天然组织中的蛋白酶、多肽酶降解，作用半衰期短，影响其抗菌效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)抗菌肽的引入，抗菌肽的抗感染活性强，广谱抗菌，不易产生耐药性，且具有高特异性，不破坏生物体细胞，避免因免疫原性、细胞毒性而限制其应用。
(2)抗菌肽与拥有三维网络支架结构的生物材料的结合，可以有效延长抗菌肽的体内半衰期，提高单纯用药的抗菌效果，并有效避免耐药、毒性的发生。天然未修饰的抗菌肽大多荷正电，可以与荷负电的细胞外基质结构中的胶原网络以静电作用吸附结合，达到快速释放，高效抗感染的目的。抗菌肽可通过一定的修饰或裁剪以提高或降低正电性，这种方法同样可以调节生物补片的抗感染性。此外，由于抗菌肽和生物材料分子均具备丰富的化学基团，可以通过化学键交联、静电吸附、分子间作用力、生物学方式的特异性结合等，这种方式结合更为紧密，保持结合状态的时间更长，有利于抗菌肽的长时间缓慢释放，同时减少抗菌肽的过早暴露于宿主组织，延长其作用半衰期，维持局部抗菌效果。随着宿主细胞的迁移和生长，抗感染成分逐步释放，可长久保持抗感染效力。且这二种方式均不影响生物材料的生物力学特性和生物相容性。
(3)脱细胞基质生物材料的选择可进一步降低感染发生几率，与合成材料的纤维二维结构相比，细胞外基质的三维胶原网络结构可以促进抗感染成分的有效黏附或植入。脱细胞基质保持的三维胶原支架结构可加速腹壁组织再生，促进新血管生成。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例中生物材料为Triton法制备猪小肠粘膜下层脱细胞基质，并保存于无菌磷酸盐缓冲液中。α防御素-5溶解于磷酸盐缓冲液中，调整溶液浓度为20μg/mL，将无菌的猪小肠粘膜下层脱细胞基质置于溶液中，投料比为1：20(w/v)。以100rpm振荡2天后，取出处理后的生物材料，纯化水洗涤后冷冻干燥。α防御素-5与猪小肠粘膜下层脱细胞基质以正负电荷静电吸引的作用结合。以平板抑菌圈法测定制备生物材料的有效抗菌时间为7天。
实施例2
本实施例中生物材料为Triton法制备猪小肠粘膜下层脱细胞基质，并保存于无菌磷酸盐缓冲液中。将人抗菌肽FALL-39溶于0.5M醋酸平衡溶液(pH4.5)制备浓度为30μg/mL溶液，将无菌的猪小肠粘膜下层脱细胞基质置于溶液中，投料比为1：20(w/v)，加入终浓度分别为2.5％(w/v)的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和2.0％(w/v)的N-羟基琥珀酰亚胺，调节溶液pH至5，4℃振荡24h，纯化水洗涤后冷冻干燥。以平板抑菌圈法测定制备的生物材料的抗菌有效时间为10天。
实施例3
本实施例采用的生物材料为Triton法制备猪小肠粘膜下层脱细胞基质，并保存于无菌磷酸盐缓冲液中。将人抗菌肽LL-37的序列C端连接(Gly Pro Hyp)n(胶原蛋白特异性结合的肽段)序列的N端，以色氨酸结尾，以基因工程手段合成纯化为修饰的LL-37，检测产物的抗菌性。修饰的LL-37溶解于磷酸盐缓冲液中，调整浓度为65μg/mL，将无菌的猪小肠粘膜下层脱细胞基质置于溶液中，投料比为1：20(w/v)。以200rpm振荡处理24h，取出生物材料，冷冻干燥。以平板抑菌圈法测定制备生物材料的有效抗菌时间为21天。
所述抗感染成分与生物材料的结合可以通过化学键交联、静电吸附、分子间作用力、生物学方式的特异性结合等，但不仅限于此。如实施例1中所述，荷正电的抗菌肽与荷负电的胶原纤维通过静电作用结合，植入后快速释放抗感染成分。如实施例2中所述，借助交联剂的作用，抗菌肽与生物材料分子间的醛基和氨基以Schiff键结合产生交联，伴随生物材料植入后的降解，抗感染成分释放。如实施例3中所述，抗菌肽N端修饰后可以与生物材料的胶原分子特异性结合，伴随生物材料植入后的降解，抗感染成分释放。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种抗感染生物材料，其特征在于，其主要由抗感染成分和生物材料结合而成，所述抗感染成分包括抗菌肽、或所述抗菌肽的功能性片段、或所述抗菌肽的衍生物。
2.根据权利要求1所述的抗感染生物材料，其特征在于，所述抗菌肽选自微生物抗菌肽、植物抗菌肽、动物抗菌肽、人源抗菌肽中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的抗感染生物材料，其特征在于，所述生物材料为膜片状生物材料。
4.根据权利要求3所述的抗感染生物材料，其特征在于，所述膜片状生物材料的原料为脱细胞基质生物材料或胶原蛋白。
5.根据权利要求3所述的抗感染生物材料，其特征在于，所述生物材料为具有三维胶原支架结构的生物材料。
6.根据权利要求1所述的抗感染生物材料，其特征在于，所述抗感染成分与所述生物材料的结合通过化学键交联、静电吸附、分子间作用力、或生物学方式的特异性结合。
7.一种如权利要求1-6任一权利要求所述的抗感染生物材料的制备方法，其特征在于，生物材料经过含抗感染成分溶液处理。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述生物材料经过含抗感染成分溶液处理过程中，增加振荡处理、交联剂处理、诱导剂处理中的一种或多种处理方式。
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Application publication date: 20200421 |