CN113144289A - 一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸复合支架及其制备方法 - Google Patents

一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸复合支架及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸复合支架及其制备方法，上述制备方法包括：分别配制聚乳酸溶液、丝素蛋白溶液，将两溶液混合搅拌均匀；将共混液倒入模具中，随后将模具放在低温介质上，再在模具外部套设一层保温隔热泡沫，待模具中混合液凝固后将其放入冰箱，过夜；将完全凝固后的支架样品取出，用扎有小孔的保鲜膜包裹后进行冷冻干燥，脱模，即可得到一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸定向孔支架。本发明将聚乳酸溶液和丝素蛋白溶液的混合液置于温度梯度中，以使溶剂冷冻形成晶核的同时还使得晶核沿温度梯度方向继续生长，后续进行冷冻干燥以排出溶剂后即可得到一种具有定向孔结构的支架。

Description

一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸复 合支架及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸复合支架及其制备方法。
背景技术
周围神经损害是临床常见的损伤，在其修复技术中组织工程作为一种新兴的交叉学科受到越来越多的关注。支架材料是组织工程的基本要素之一，其选择逐步成为组织工程研究中的重点，作为细胞外基质的代替物，支架材料应具备可降解性、良好的生物相容性、一定的力学强度和多孔结构。
聚乳酸是一种应用非常广泛的支架材料，其力学性能良好，可加工性强，降解产物无毒，具有良好的生物相容性。但聚乳酸的强疏水性在其使用时会引发炎症和免疫反应，并且产生影响药物正常释放的纤维囊；丝素蛋白则是一类生物相容性优异的天然高分子材料，其可溶解于水，且降解产物对修复有促进效果，且可加工成多种形式，但丝素蛋白在体内外降解缓慢，其纤维膜力学性能差。因此如果能将聚乳酸和丝素蛋白复合在一起，便可以取长补短，获得理想的支架材料。
目前制备细胞支架的方法有很多，如：冷冻干燥法、静电纺丝法、粒子致孔法、烧结微球法、3D打印法等，其中冷冻干燥法由于工艺简单、易操作成为制备支架的重要方法之一。冷冻干燥法的原理是聚合物均相溶液在低温环境中发生溶质和溶剂的相分离，溶剂产生晶核并生长，完全固化后再进行冷冻干燥，溶剂在低压下直接升华，从而形成了支架内部的孔结构。
然而，传统细胞支架的内部结构为各向同性，与人体组织结构有较大差异，不能定向诱导组织再生。
发明内容
针对上述问题，现提供一种具有定向孔结构的丝素蛋白/聚乳酸复合支架及其制备方法，旨在利用定向孔结构引导细胞在孔洞内定向排列生长，以有助于组织功能的恢复，从而更好地实现神经修复。
具体技术方案如下：
本发明的第一个方面是提供一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸复合支架的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：
(1)分别配制5wt％聚乳酸溶液、1wt％丝素蛋白溶液，将两溶液混合，搅拌混合均匀，得共混液；
(2)将共混液倒入模具中，随后将模具放在低温介质上，再在模具外部套设一层保温隔热泡沫，待模具中混合液凝固后将其放入冰箱，过夜；
(3)将完全凝固后的支架样品取出，用扎有小孔的保鲜膜包裹后进行冷冻干燥，脱模，即可得到一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸定向孔支架。
上述的制备方法，还具有这样的特征，聚乳酸溶液为聚乳酸的1,4-二氧六环溶液，丝素蛋白溶液为丝素蛋白的水溶液。
上述的制备方法，还具有这样的特征，聚乳酸溶液及丝素蛋白溶液的混合体积比为87:13，且搅拌温度保持在60～80℃。
上述的制备方法，还具有这样的特征，步骤(2)中模具为聚四氟乙烯材质，且其为内腔直径6mm、高12mm的圆柱体。
上述的制备方法，还具有这样的特征，步骤(2)中低温介质为从-80℃冰箱中取出的铜板，且冰箱中设定温度为-80℃。
上述的制备方法，还具有这样的特征，步骤(3)中冷冻干燥温度为-50～-60℃，真空度为-0.1MPa，冷冻干燥20-30h。
本发明的第二个方面是提供一种根据上述制备方法制备获得的具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸复合支架。
上述方案的有益效果是：
1)本发明中利用1,4-二氧六环具有较好水溶性的特点将聚乳酸及丝素蛋白分别溶解于1,4-二氧六环及去离子水，随后再将两种溶液混合并搅拌均匀，以使得聚乳酸和丝素蛋白可以充分混合形成均一体系；
2)本发明将由聚乳酸溶液和丝素蛋白溶液混合形成的混合液置于温度梯度中，以使溶剂冷冻形成晶核的同时还使得晶核沿温度梯度方向继续生长，后续进行冷冻干燥以排出溶剂后即可得到一种具有定向孔结构的支架；
3)采用本发明提供的制备方法制备获得的丝素蛋白/聚乳酸复合支架材料内部为各向异性，而孔道排列具有方向性，为细胞的黏附和增殖的方向提供了模板和生物地形引导，从而使支架具有定向诱导周围神经再生的功能，因而可更好地用于神经修复。
附图说明
图1为本发明的实施例中提供的复合支架的实物图；
图2为本发明的实施例中提供的复合支架横截面的SEM图；
图3为本发明的实施例中提供的复合支架纵截面的SEM图；
图4为本发明的实施例中提供的复合支架的降解时间-pH变化图；
图5为本发明的实施例中提供的复合支架的降解时间-失重率变化图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸复合支架，其制备包括如下步骤：
(1)称取一定量的聚乳酸，以1,4-二氧六环为溶剂将其溶解，得5wt％聚乳酸溶液；另称取一定量的丝素蛋白，以去离子水为溶剂将其溶解，得1wt％丝素蛋白溶液，将两溶液按体积比87:13混合，于60～80℃搅拌混合均匀，得共混液；
(2)将共混液倒入模具(模具为聚四氟乙烯材质，且其为内腔直径6mm、高12mm的圆柱体)中，随后将模具放在低温铜板(隔夜放置于-80℃冰箱中，随用随取)上，再在模具外部套设一层保温隔热泡沫，等待20min，待模具中混合液凝固后将其放入冰箱，过夜；
(3)将完全凝固后的支架样品取出，用扎有小孔的保鲜膜包裹后进行冷冻干燥24h，脱模，即可得到一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸定向孔支架。
如图2、图3所示，本发明中提供的复合支架支架断面处和孔壁上均匀分布着丝素蛋白颗粒，这是由于此支架是聚乳酸溶液和丝素蛋白溶液均匀混合形成均一体系，再进行冷冻，此过程中溶剂和溶质发生相分离，溶质相中聚乳酸和丝素蛋白始终保持均匀混合状态，在后续的冷冻干燥时，溶剂升华排出，溶质不发生变化，便形成了丝素蛋白和聚乳酸混合良好的复合支架；支架的孔隙连接良好，孔壁上的丝素蛋白颗粒使得孔壁较为粗糙，有利于细胞的黏附和生长增殖；从横截面来看，上述孔隙具有一定的深度，且横截面和纵截面上孔径大小有差别，由此可见该支架材料的孔隙为椭球型，且支架内部为各向异性，说明支架具有定向孔结构，有利于细胞在支架上的定向排列；定向孔结构主要是为了使神经再生具有预期的方向性，即从近端向远端定向生长，因为孔结构具有方向性，所以纵向和横向的力学强度有差别，但力学性能的各向异性不是追求的主要目标。
本发明中将上述复合支架浸入PBS缓冲液，再将其放置在37℃的恒温环境中进行体外降解性测试，一段时间后，测量计算其降解液的pH值和支架样品的失重率，如图4、图5所示，随降解时间增长，降解液pH值逐渐降低，支架样品失重率逐渐增大，经过28天的降解后，溶液pH值从7.14下降到7.04，失重率达到6.1％，聚乳酸和丝素蛋白均具有可降解性，同时测试结果也说明该复合支架具有降解性，可以在缓冲液中逐渐降解，并且制备过程中形成的聚乳酸和丝素蛋白的均一体系可以避免由于体系内部降解不均匀导致的自催化坍塌。
比重法测试表明，上述丝素蛋白/聚乳酸定向孔支架的孔隙率为89.8％，制备过程中聚乳酸和丝素蛋白形成均一体系，有利于获得较高的孔隙率，高孔隙率有利于细胞的黏附和生长，以及营养物质的传入和代谢废物的排出，测试结果表明，该支架满足组织工程对支架孔隙率的要求。
压缩强度测试(加载速度为1mm/min)表明，上述丝素蛋白/聚乳酸定向孔支架在应变为30％时定应变压缩应力为0.34MPa，应力-应变曲线线性部分的压缩模量为0.54MPa，制备过程中聚乳酸和丝素蛋白形成的均一体系可以使得支架在获得较高孔隙率的同时保证良好的力学强度，测试结果也说明该支架材料具有一定的力学机械强度，可以为细胞的生长和新陈代谢提供支撑。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸复合支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)分别配制5wt％聚乳酸溶液、1wt％丝素蛋白溶液，将两溶液混合，搅拌混合均匀，得共混液；
(2)将所述共混液倒入模具中，随后将所述模具放在低温介质上，再在所述模具外部套设一层保温隔热泡沫，待所述模具中混合液凝固后将其放入冰箱，过夜；
(3)将完全凝固后的支架样品取出，用扎有小孔的保鲜膜包裹后进行冷冻干燥，脱模，即可得到一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸定向孔支架。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸溶液为聚乳酸的1,4-二氧六环溶液，所述丝素蛋白溶液为丝素蛋白的水溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乳酸溶液及所述丝素蛋白溶液的混合体积比为87:13，且搅拌温度保持在60～80℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述模具为聚四氟乙烯材质，且其为内腔直径6mm、高12mm的圆柱体。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述低温介质为从-80℃冰箱中取出的铜板，且所述冰箱中设定温度为-80℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中冷冻干燥温度为-50～-60℃，真空度为-0.1MPa，冷冻干燥20-30h。
7.一种具有定向诱导周围神经再生功能的丝素蛋白/聚乳酸复合支架，其特征在于，根据权利要求1-6任一项所述制备方法制备获得。
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