CN115671396A - 一种富含间充质干细胞的关节修复材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富含间充质干细胞的关节修复材料，包括复合水凝胶基质和负载在所述复合水凝胶基质上的脐带间充质干细胞；所述复合水凝胶基质包括骨碎补总黄酮‑壳聚糖纳米粒、硫酸软骨素和透明质酸水凝胶，其中骨碎补总黄酮‑壳聚糖纳米粒的质量为透明质酸水凝胶干重的2‑4％，硫酸软骨素的质量为透明质酸水凝胶干重的1‑3％。本发明的关节修复材料具有很好地促进骨组织再生的效果，在关节修复领域具有优良的应用潜力。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种富含间充质干细胞的关节修复材料。
背景技术
关节损伤多数由过度劳累、外伤等原因造成，其不仅严重影响患者的日常生活，甚至有可能导致生活能力的丧失。由于关节的自我修复能力非常有限，所以关节损伤后的再生修复已经成为临床医学领域的一大难题。
水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，水凝胶的内部存在大量交联网络，具有优良的力学性能、弹性和孔隙率，可以用于负载药物和细胞。在再生医学组织修复领域，常用的水凝胶材料包括透明质酸、明胶、海藻酸钠等，这些材料具有良好的组织粘附性和生物活性，是非常具有潜力的关节修复材料。干细胞是一类具有自我复制和多向分化能力的细胞，可以增殖分化形成软骨细胞、成骨细胞等，从而促进关节损伤部位的再生。有研究表明，采用水凝胶对干细胞进行负载所形成的的关节修复材料，能够对关节损伤起到较好的治疗效果。在此基础上，寻求促进关节修复能力更好、治疗效果更佳的干细胞类关节修复材料，已经成为关节修复领域的研究热点。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种富含间充质干细胞的关节修复材料。
本发明提出的一种富含间充质干细胞的关节修复材料，包括复合水凝胶基质和负载在所述复合水凝胶基质上的脐带间充质干细胞；
所述复合水凝胶基质包括骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒、硫酸软骨素和透明质酸水凝胶，其中骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的质量为透明质酸水凝胶干重的2-4％，硫酸软骨素的质量为透明质酸水凝胶干重的1-3％。
优选地，以所述关节修复材料的总体积计，所述脐带间充质干细胞的负载量为1-5×106个/mL。
优选地，所述骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的制备方法为：将骨碎补总黄酮加入壳聚糖的醋酸溶液中，用氢氧化钠将pH调至5-6，然后滴加三聚磷酸钠溶液，搅拌10-30min，经过离心、洗涤、干燥，得到骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒。
优选地，所述壳聚糖与骨碎补总黄酮的质量比为1：(0.1-0.3)。
优选地，所述壳聚糖的醋酸溶液中，壳聚糖的浓度为1-3g/L。
优选地，所述壳聚糖的醋酸溶液是将壳聚糖溶解于醋酸溶液中得到，所述醋酸溶液的质量分数为0.5-2％。
优选地，所述壳聚糖与三聚磷酸钠的质量比为1：(0.2-0.4)。
优选地，所述透明质酸水凝胶的型号为BioTime的Hystem Hydrogel。
一种所述的富含间充质干细胞的关节修复材料的制备方法，包括：
S1、将透明质酸水凝胶的组分与硫酸软骨素、骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒混合均匀，得到组合物A；
S3、将所述组合物A与脐带间充质干细胞悬液混合，得到组合物B；
S4、将所述组合物B在室温下静置凝胶化20-30min，即得。
本发明的有益效果如下：
本发明的关节修复材料包括复合水凝胶基质和负载在复合水凝胶基质上的脐带间充质干细胞，其中脐带间充质干细胞起到形成骨组织的作用，复合水凝胶基质不仅能起到支架作用和粘附作用，而且由于复合水凝胶基质是在透明质酸水凝胶基质的基础上引入骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒和硫酸软骨素的复合添加剂得到，其中硫酸软骨素、骨碎补总黄酮可以起到诱导脐带间充质干细胞成骨分化的作用，从而促进缺损部位骨组织的形成，起到更好的修复效果，但是其长效诱导效果较差，因此通过将壳聚糖纳米粒对骨碎补总黄酮进行包覆制备骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒，可以与水凝胶的三维网络结构协同起到缓释的作用，延长诱导向软骨分化作用的时间，从而强化修复效果，更快、更好地促进骨组织的再生，而且壳聚糖纳米粒分布在水凝胶基质中，还能够增强水凝胶的力学强度以及提高与骨组织的相容性。本发明的关节修复材料利用复合水凝胶基质对脐带间充质干细胞进行负载以及活性的增强，具有很好地促进骨组织再生的效果，在关节修复领域具有优良的应用潜力。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种富含间充质干细胞的关节修复材料，包括复合水凝胶基质和负载在所述复合水凝胶基质上的脐带间充质干细胞；
以关节修复材料的总体积计，所述脐带间充质干细胞的负载量为1×106个/mL；
复合水凝胶基质包括骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒、硫酸软骨素和透明质酸水凝胶，其中骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的质量为透明质酸水凝胶干重的2％，硫酸软骨素的质量为透明质酸水凝胶干重的1％；
骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的制备方法为：将壳聚糖溶解于质量分数为1％的醋酸溶液中，得到浓度为1g/L的壳聚糖的醋酸溶液；将骨碎补总黄酮加入上述壳聚糖的醋酸溶液中，用氢氧化钠将pH调至5，然后滴加三聚磷酸钠溶液，搅拌10min，经过离心、洗涤、干燥，得到骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒，其中壳聚糖与骨碎补总黄酮的质量比为1：0.1，壳聚糖与三聚磷酸钠的质量比为1：0.2。
透明质酸水凝胶的型号为BioTime的Hystem Hydrogel。
一种所述的富含间充质干细胞的关节修复材料的制备方法，包括：
S1、取BioTime的透明质酸水凝胶试剂盒Hystem Hydrogel，将骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒、硫酸软骨素与试剂盒中的Hystem混合均匀，然后加入适量去离子水，震荡溶解，得到第一组分；将试剂盒中的ExtraLink溶于适量去离子水，得到第二组分；将第一组分与第二组分混合均匀，得到组合物A，组合物A中，Hystem的质量分数为1.2％，ExtraLink与Hystem的质量比为1:4，骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的质量相当于Hystem、ExtraLink质量之和的2％，硫酸软骨素的质量相当于Hystem、ExtraLink质量之和的1％；
S2、将组合物A与脐带间充质干细胞悬液按体积比为5：1混合，使混合后脐带间充质干细胞的密度为1×106个/mL，得到组合物B；
S3、将组合物B在室温下静置凝胶化20min，即得。
实施例2
一种富含间充质干细胞的关节修复材料，包括复合水凝胶基质和负载在所述复合水凝胶基质上的脐带间充质干细胞；
以关节修复材料的总体积计，所述脐带间充质干细胞的负载量为2×106个/mL；
复合水凝胶基质包括骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒、硫酸软骨素和透明质酸水凝胶，其中骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的质量为透明质酸水凝胶干重的3％，硫酸软骨素的质量为透明质酸水凝胶干重的2％；
骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的制备方法为：将壳聚糖溶解于质量分数为1％的醋酸溶液中，得到浓度为2g/L的壳聚糖的醋酸溶液；将骨碎补总黄酮加入上述壳聚糖的醋酸溶液中，用氢氧化钠将pH调至5.5，然后滴加三聚磷酸钠溶液，搅拌20min，经过离心、洗涤、干燥，得到骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒，其中壳聚糖与骨碎补总黄酮的质量比为1：0.2，壳聚糖与三聚磷酸钠的质量比为1：0.3。
透明质酸水凝胶的型号为BioTime的Hystem Hydrogel。
一种所述的富含间充质干细胞的关节修复材料的制备方法，包括：
S1、取BioTime的透明质酸水凝胶试剂盒Hystem Hydrogel，将骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒、硫酸软骨素与试剂盒中的Hystem混合均匀，然后加入适量去离子水，震荡溶解，得到第一组分；将试剂盒中的ExtraLink溶于适量去离子水，得到第二组分；将第一组分与第二组分混合均匀，得到组合物A，组合物A中，Hystem的质量分数为1.2％，ExtraLink与Hystem的质量比为1:4，骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的质量相当于Hystem、ExtraLink质量之和的3％，硫酸软骨素的质量相当于Hystem、ExtraLink质量之和的2％；
S2、将组合物A与脐带间充质干细胞悬液按体积比为5：1混合，使混合后脐带间充质干细胞的密度为2×106个/mL，得到组合物B；
S3、将组合物B在室温下静置凝胶化25min，即得。
实施例3
一种富含间充质干细胞的关节修复材料，包括复合水凝胶基质和负载在所述复合水凝胶基质上的脐带间充质干细胞；
以关节修复材料的总体积计，所述脐带间充质干细胞的负载量为5×106个/mL；
复合水凝胶基质包括骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒、硫酸软骨素和透明质酸水凝胶，其中骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的质量为透明质酸水凝胶干重的4％，硫酸软骨素的质量为透明质酸水凝胶干重的3％；
骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的制备方法为：将壳聚糖溶解于质量分数为1％的醋酸溶液中，得到浓度为3g/L的壳聚糖的醋酸溶液；将骨碎补总黄酮加入上述壳聚糖的醋酸溶液中，用氢氧化钠将pH调至6，然后滴加三聚磷酸钠溶液，搅拌30min，经过离心、洗涤、干燥，得到骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒，其中壳聚糖与骨碎补总黄酮的质量比为1：0.3，壳聚糖与三聚磷酸钠的质量比为1：0.4。
透明质酸水凝胶的型号为BioTime的Hystem Hydrogel。
一种所述的富含间充质干细胞的关节修复材料的制备方法，包括：
S1、取BioTime的透明质酸水凝胶试剂盒Hystem Hydrogel，将骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒、硫酸软骨素与试剂盒中的Hystem混合均匀，然后加入适量去离子水，震荡溶解，得到第一组分；将试剂盒中的ExtraLink溶于适量去离子水，得到第二组分；将第一组分与第二组分混合均匀，得到组合物A，组合物A中，Hystem的质量分数为1.2％，ExtraLink与Hystem的质量比为1:4，骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的质量相当于Hystem、ExtraLink质量之和的4％，硫酸软骨素的质量相当于Hystem、ExtraLink质量之和的3％；
S2、将组合物A与脐带间充质干细胞悬液按体积比为5：1混合，使混合后脐带间充质干细胞的密度为5×106个/mL，得到组合物B；
S3、将组合物B在室温下静置凝胶化30min，即得。
对比例1
一种富含间充质干细胞的关节修复材料，包括复合水凝胶基质和负载在所述复合水凝胶基质上的脐带间充质干细胞；
以关节修复材料的总体积计，所述脐带间充质干细胞的负载量为1×106个/mL；
复合水凝胶基质包括骨碎补总黄酮、硫酸软骨素和透明质酸水凝胶，其中骨碎补总黄酮的质量为透明质酸水凝胶干重的0.2％，硫酸软骨素的质量为透明质酸水凝胶干重的1％；
透明质酸水凝胶的型号为BioTime的Hystem Hydrogel。
一种所述的富含间充质干细胞的关节修复材料的制备方法，包括：
S1、取BioTime的透明质酸水凝胶试剂盒Hystem Hydrogel，将骨碎补总黄酮、硫酸软骨素与试剂盒中的Hystem混合均匀，然后加入适量去离子水，震荡溶解，得到第一组分；将试剂盒中的ExtraLink溶于适量去离子水，得到第二组分；将第一组分与第二组分混合均匀，得到组合物A，组合物A中，Hystem的质量分数为1.2％，ExtraLink与Hystem的质量比为1:4，骨碎补总黄酮的质量相当于Hystem、ExtraLink质量之和的0.2％，硫酸软骨素的质量相当于Hystem、ExtraLink质量之和的1％；
S2、将组合物A与脐带间充质干细胞悬液按体积比为5：1混合，使混合后脐带间充质干细胞的密度为1×106个/mL，得到组合物B；
S3、将组合物B在室温下静置凝胶化20min，即得。
对比例2
一种富含间充质干细胞的关节修复材料，包括复合水凝胶基质和负载在所述复合水凝胶基质上的脐带间充质干细胞；
以关节修复材料的总体积计，所述脐带间充质干细胞的负载量为1×106个/mL；
复合水凝胶基质包括硫酸软骨素和透明质酸水凝胶，其中硫酸软骨素的质量为透明质酸水凝胶干重的1％；
透明质酸水凝胶的型号为BioTime的Hystem Hydrogel。
一种所述的富含间充质干细胞的关节修复材料的制备方法，包括：
S1、取BioTime的透明质酸水凝胶试剂盒Hystem Hydrogel，将相当于试剂盒中的Hystem质量的1％的硫酸软骨素与试剂盒中的Hystem混合均匀，然后加入适量去离子水，震荡溶解，得到第一组分；将试剂盒中的ExtraLink溶于适量去离子水，得到第二组分；将第一组分与第二组分混合均匀，得到组合物A，组合物A中，Hystem的质量分数为1.2％，ExtraLink与Hystem的质量比为1:4，硫酸软骨素的质量相当于Hystem、ExtraLink质量之和的1％；
S2、将组合物A与脐带间充质干细胞悬液按体积比为5：1混合，使混合后脐带间充质干细胞的密度为1×106个/mL，得到组合物B；
S3、将组合物B在室温下静置凝胶化20min，即得。
试验例
分别采用实施例1和对比例1-2的关节修复材料进行兔关节软骨缺损修复试验。其中，关节修复材料使用的脐带间充质干细胞悬液是将p3代兔脐带间充质干细胞经过胰蛋白酶消化后以1000rpm的转速离心5min，去除上清液后用培养基(DMEM+20％胎牛血清)重悬、计数、稀释后得到。
将20只体重为2.5-3.5kg的健康灰兔随机分为A、B、C、D 4组，麻醉后取膝关节内侧切口，暴露股骨髁关节面，用直径为3mm的钻头钻孔，深度为3mm，制备兔软骨缺损模型。将实施例1制得的关节修复材料植入A组兔软骨缺损模型的缺损处，对比例1制得的关节修复材料植入B组兔软骨缺损模型的缺损处，对比例2制得的关节修复材料植入C组兔软骨缺损模型的缺损处,D组不作任何处理作为空白对照组。术后8周处死动物，进行组织学检测，并参照Wakitani组织学评价标准进行评分，得分越低表示修复组织越接近正常。
组织学检测结果显示，A组填充物表面光滑，与周围软骨连接好，质地接近难以区分，高度基本一致，B组填充物表面光滑，与周围软骨连接好，质地略有不同可以区分，高度略微凹陷；C组填充物表面略粗糙，与周围软骨连接好，高度略微凹陷；D组由白色组织填充，粗糙不平。
具体评分结果如表1所示：
表1
| 实施例1(A组) | 对比例1(B组) | 对比例2(C组) | 空白对照(D组) | |
| 得分 | 2.65 | 3.80 | 4.73 | 9.55 |
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种富含间充质干细胞的关节修复材料，其特征在于，包括复合水凝胶基质和负载在所述复合水凝胶基质上的脐带间充质干细胞；
所述复合水凝胶基质包括骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒、硫酸软骨素和透明质酸水凝胶，其中骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的质量为透明质酸水凝胶干重的2-4％，硫酸软骨素的质量为透明质酸水凝胶干重的1-3％。
2.根据权利要求1所述的富含间充质干细胞的关节修复材料，其特征在于，以所述关节修复材料的总体积计，所述脐带间充质干细胞的负载量为1-5×106个/mL。
3.根据权利要求1所述的富含间充质干细胞的关节修复材料，其特征在于，所述骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒的制备方法为：将骨碎补总黄酮加入壳聚糖的醋酸溶液中，用氢氧化钠将pH调至5-6，然后滴加三聚磷酸钠溶液，搅拌10-30min，经过离心、洗涤、干燥，得到骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒。
4.根据权利要求3所述的富含间充质干细胞的关节修复材料，其特征在于，所述壳聚糖与骨碎补总黄酮的质量比为1：(0.1-0.3)。
5.根据权利要求3所述的富含间充质干细胞的关节修复材料，其特征在于，所述壳聚糖的醋酸溶液中，壳聚糖的浓度为1-3g/L。
6.根据权利要求3所述的富含间充质干细胞的关节修复材料，其特征在于，所述壳聚糖与三聚磷酸钠的质量比为1：(0.2-0.4)。
7.根据权利要求1所述的富含间充质干细胞的关节修复材料，其特征在于，所述透明质酸水凝胶的型号为BioTime的Hystem Hydrogel。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的富含间充质干细胞的关节修复材料的制备方法，其特征在于，包括：
S1、将透明质酸水凝胶的组分与硫酸软骨素、骨碎补总黄酮-壳聚糖纳米粒混合均匀，得到组合物A；
S2、将所述组合物A与脐带间充质干细胞悬液混合，得到组合物B；
S3、将所述组合物B在室温下静置凝胶化20-30min，即得。
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