CN1733311A - 一种包裹药物或生长因子的纳米纤维的制备方法 - Google Patents

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任杰
诸静
顾书英
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Abstract

本发明属生物医药材料技术领域，具体为一种包裹药物或生长因子的纳米纤维的制备方法，本发明由生物可降解聚合物材料与药物或生长因子复合，利用静电纺丝技术将药物或生长因子包裹在纳米纤维内，形成轴心结构的纳米纤维缓释体系。本发明可通过控制包裹聚合物的降解性，控制药物释放速度，在体内达到稳定衡速释放，避免药物变性，生长因子失活。所得产品既可用于手术后受损部位局部抗炎症以防止手术部位粘合，配合治疗；也可作为组织工程支架，种植细胞进行体外培养，释放的生长因子可诱导细胞生长增殖而成组织替代物，再植入体内以修复缺损组织。

Description

一种包裹药物或生长因子的纳米纤维的制备方法
技术领域
本发明属于生物医学材料技术领域，具体涉及一种包裹药物或生长因子的纳米纤维材料的制备方法。
背景技术
生长因子是具有诱导和刺激细胞增殖、维持细胞存活等生物效应的蛋白质类物质，对促进细胞增殖、组织或器官的修复和再生具有重要意义，在组织工程中有着重要地位。但各种生长因子都是多肽蛋白质类物质，在有水存在及室温环境下很容易失去生物活性。如直接注入体内，生长因子将在一天之内被迅速的弥散及降解，无法起到长期促进缺损组织恢复的作用。因此，如何在身体环境下保持且尽可能延长生长因子的生物活性，是生长因子能真正在临床发挥作用的关键所在。为解决生长因子的应用问题，可将药物控释技术引入组织工程。即利用生物可降解聚合物材料负载各种生长因子或激素，向种子细胞定量持续释放，从而使生长因子能长期保持活性，促进细胞的生长和分化。生长因子的应用有赖于开发适用的释放系统，且评价其临床前试验和临床试验的功效。生长因子的释放可采用三种策略：①释放编码生长因子的DNA；②离体基因治疗，即释放表达生长因子的DNA至特异细胞群，以操纵细胞过程和应答；③通过某些类型载体基质释放生长因子。
其中载体基质控释是将生长因子通过载体基质直接释放至组织再生部位。为重建尽量大的组织，就希望基质既是控制释放载体，同时又是支架。从前者考虑载体必须防止生长因子迅速消除，且能以可预测方式控释适宜剂量蛋白质在相应的期间刺激靶细胞，促进组织重建。作为支架，该载体应容许环境的作用，诱使目标细胞黏附，游走进入或接近基质，且在载体模板内增殖并分泌细胞外基质。载体不仅要求生物相容性好，而且要求能控制生长因子在组织缺损部位缓慢释放，以便刺激近旁细胞/或征集所需细胞生长，促进新组织形成。而高孔隙率和大贯穿孔的支架材料通常不能保留大容量的蛋白且长期保持在一定部位。
静电纺丝是聚合物溶液或熔体在高压电场下喷射形成纳米级纤维的过程。静电纺丝工艺操作过程简单，并且由于所得到的纤维比常规方法得到的纤维细度小，所以其非织造膜具有超高的特异性比表面积和孔隙率，可以制得三维的多孔结构，是制备具有表面活性的组织工程支架的理想方法。
CHU BENJAMIN在专利“Biodegradable and/or bioabsorbable fibrous articles andmethods for using the articles for medical applications”(WO02092339)中提供了静电纺丝法制备手术防粘膜以及术后药物缓释膜的方法；CHU BENJAMIN在专利“Cell storage anddelivery system”(US2005014252)中提供了一种利用静电纺丝薄膜存储和释放细胞的方法；清华大学胡平等提供了“一种用于组织修复的生长因子缓释体系的制备方法”，通过共混纺丝制备药物缓释支架。但由于生长因子以及一些药物在环境中容易失活，不稳定，因此这类方法还有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种作为缓释体系的包裹药物或生长因子的纳米纤维的制备方法。所得缓释体系释放稳定，速率可调，可有效提高药物或生长因子的利用率。
本发明提供的包裹药物或生长因子纳米纤维的制备方法，采用一种静电纺丝技术，应用的装置见同济大学黄征鸣等申请的“制备共轴复合连续纳/微米纤维的多喷头静电纺丝装置”专利。
具体制备步骤如下：
(1)将生物可降解聚合物与药物或生长因子按质量比1-100∶1溶于溶剂中，配成质量浓度为0.01-1g/mL的均匀的电纺丝溶液，对于不溶于上述溶剂的水溶性药物可将其通过超声仪器均匀分散在聚合物溶液中形成悬浮液；
(2)将生物可降解聚合物溶于适当溶剂配成浓度为0.01-1g/mL的电纺丝溶液；
(3)使用共轴电纺丝技术，将上述步骤(1)制得的溶液作为内芯溶液，步骤(2)制得的溶液作为外层溶液，调节电压至10-30kv，纺丝温度为20-28℃，制备成轴心结构包裹药物或生长因子的纳米纤维无纺布或取向纤维产品。
本发明中，所述的生物可降解聚合物材料包括：聚丙交酯，聚乙交酯、聚己内酯、乙交酯和丙交酯的共聚物；聚羟基丁酸酯、聚羟基戊酸酯、聚羟基己酸酯；胶原、明胶；聚乙烯醇；壳聚糖及其衍生物；可降解聚氨酯类；聚碳酸酯，或聚碳酸酯与上述材料的共混物。
本发明中，所述的药物包括：美福仙，两亲酶素，新霉素，莫匹罗星，多粘菌素B，抗真菌药(制霉菌素)及喹诺酮类(诺氟沙星或环丙沙星)等。
本发明中，所述生长因子包括：骨形态发生蛋白，转化生长因子-β1，胰岛细胞生长因子，表皮生长因子(EGF)，血管内皮细胞生长因子(VEGF)，碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)，神经胶质生长因子，软骨调节素-I，血小板衍化生长因子或角朊细胞生长因子。
本发明中，所述的溶剂包括氯仿、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、二氯甲烷、丙酮的一种或两种的复合体系。
本发明中，所述的含药物或生长因子的可降解聚合物纤维包含在空白可降解聚合物纤维中，形成皮芯结构。通过调节内外聚合物的降解速率来控制内部药物或生长因子的释放。
由本发明制备的共轴纤维形貌结构如附图2示，纤维表面光滑，直径在80nm-1000nm。
本发明所提供的方法与现有技术相比，具有一下优点及突触效果：设备简单，操作方便；制备的组织工程支架比表面积大，孔隙率高；将生长因子包裹在纳米纤维内形成轴心结构，可减小共混纺丝时药物黏附在纤维表面，避免生长因子在初期发生大量释放。少量黏附在纤维表面的生长因子先释放，随着聚合物降解，包裹在纤维内的生长因子随之释放，弥补了由于药物释放使纤维内载药量下降而引起的释药速率降低。控制药物含量和内外层聚合物的降解速率，可得到稳定的零级释放。见附图3所示。而且生长因子包裹在纤维内部，还可促使细胞向支架内增殖，从而促进细胞之间的融合与细胞外基质的分泌。随着细胞增殖成组织，聚合物支架完全降解，生长因子的释放也随之结束，可使生长因子得到最有效的利用。
附图说明
图1为共轴纺丝装置图示。
图2为轴心结构纳米纤维的TEM。
图3为共轴包药纤维的药物缓释曲线。
图中标号：1为计量泵，2为高压静电发生器，3为高聚物溶液，4为接收板，5为喷嘴。
具体实施方式
1、配置电纺丝溶液：用高分子聚合物之一种或两种按质量比搭配或分别与相对应的溶剂配置内外层一定粘度的溶液(内外层溶液不互溶且不发生相互作用)；
2、将内外层溶液分别装入储液装置中，并调节计量泵；
3、调节喷嘴5到接收板4的距离为5-30cm；
4、开启高压电源，调节电压至10-30KV，进行纺丝；
5、静电纺丝温度为室温，一般为20-30℃。
下面以实施例子进一步说明和解释本发明的操作过程及其配方：
实施例1：
(1)配制聚乳酸质量浓度为10％的溶液，溶剂为二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶剂；
(2)配制PEG浓度为20％溶液，溶剂为丙酮，给溶液中加入BMP-2，浓度为聚合物的1％；
(3)将溶液(1)直接注入外层喷筒(如图1)，溶液(2)置于连接计量泵的注射器内(如图1)，进行共轴纺丝，制备具有轴心结构的生长因子缓释组织工程支架。
实施例2：
(1)配制聚乳酸质量浓度为10％的溶液，溶剂为二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶剂；
(2)配制PLA-PEG浓度为20％溶液，溶剂为丙酮，给溶液中加入BMP-2，浓度为聚合物的1％；
(3)将溶液(1)直接注入外层喷筒，溶液(2)置于连接计量泵的注射器内，进行共轴纺丝，制备具有轴心结构的生长因子缓释组织工程支架。
实施例3：
(1)配制聚乳酸质量浓度为10％的溶液，溶剂为二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶剂；
(2)配制PLA-PEG浓度为20％溶液，溶剂为丙酮，给溶液中加入BMP-2，浓度为聚合物的1％；
(3)将溶液(1)直接注入外层喷筒，溶液(2)置于连接计量泵的注射器内，进行共轴纺丝，制备具有轴心结构的生长因子缓释组织工程支架。
实施例4：
(1)配制聚乳酸质量浓度为10％的溶液，溶剂为二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶剂；给溶液中加入BMP-2，浓度为聚合物的1％；
(2)配制PLA-PEG浓度为20％溶液，溶剂为丙酮；
(3)将溶液(2)直接注入外层喷筒，溶液(1)置于连接计量泵的注射器内，进行共轴纺丝，制备具有轴心结构的生长因子缓释组织工程支架。
实施例5：
(1)配制聚乳酸质量浓度为10％的溶液，溶剂为二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶剂；
(2)配制PLGA浓度为10％溶液，溶剂为DMF和四氢呋喃(1/1)复合溶剂，给溶液中加入BMP-2，浓度为聚合物的1％；
(3)将溶液(1)直接注入外层喷筒，溶液(2)置于连接计量泵的注射器内，进行共轴纺丝，制备具有轴心结构的生长因子缓释组织工程支架。
实施例6：
(1)配制PLGA质量浓度为10％的溶液，溶剂为DMF和四氢呋喃(1/1)复合溶剂；
(2)配制PLA-PEG浓度为20％溶液，溶剂为丙酮，给溶液中加入BMP-2，浓度为聚合物的1％；
(3)将溶液(1)直接注入外层喷筒，溶液(2)置于连接计量泵的注射器内，进行共轴纺丝，制备具有轴心结构的生长因子缓释组织工程支架。
实施例7：
(1)配制PLGA质量浓度为10％的溶液，溶剂为DMF和四氢呋喃(1/1)复合溶剂；
(2)配制PLA-PEG浓度为10％溶液，溶剂为丙酮，给溶液中加入BMP-2，浓度为聚合物的1％；
(3)将溶液(1)直接注入外层喷筒，溶液(2)置于连接计量泵的注射器内，进行共轴纺丝，制备具有轴心结构的生长因子缓释组织工程支架。
实施例8：
(1)配制PLGA质量浓度为10％的溶液，溶剂为DMF和四氢呋喃(1/1)复合溶剂；
(2)配制PLA-PEG浓度为10％溶液，溶剂为丙酮，给溶液中加入TGF-β1，浓度为聚合物的1％；
(3)将溶液(1)直接注入外层喷筒，溶液(2)置于连接计量泵的注射器内，进行共轴纺丝，制备具有轴心结构的生长因子缓释组织工程支架。
实施例9：
(1)配制PLGA质量浓度为10％的溶液，溶剂为DMF和四氢呋喃(1/1)复合溶剂；
(2)配制PLA-PEG浓度为20％溶液，溶剂为丙酮，给溶液中加入TGF-β1，浓度为聚合物的1％；
(3)将溶液(1)直接注入外层喷筒，溶液(2)置于连接计量泵的注射器内，进行共轴纺丝，制备具有轴心结构的生长因子缓释组织工程支架。
实施例10：
(1)配制聚乳酸质量浓度为10％的溶液，溶剂为二氯甲烷和DMF(1.5/1)的混合溶剂；
(2)配制PLA-PEG浓度为20％溶液，溶剂为丙酮，给溶液中加入TGF-β1，浓度为聚合物的1％；
(3)将溶液(1)直接注入外层喷筒，溶液(2)置于连接计量泵的注射器内，进行共轴纺丝，制备具有轴心结构的生长因子缓释组织工程支架。
上述各例制得到的包裹药物或生长纳米纤维，其效果都很好。

Claims (5)

1、一种用于药物或生长因子缓释体系的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将生物可降解聚合物与药物或生长因子按质量比1-100∶1溶于溶剂中，配成质量浓度为0.01-1g/mL的均匀的电纺丝溶液，对于不溶于上述溶剂的水溶性药物可将其通过超声仪器均匀分散在聚合物溶液中形成悬浮液；
(2)将生物可降解聚合物溶于适当溶剂配成浓度为0.01-1g/mL的电纺丝溶液；
(3)使用共轴电纺丝技术，将上述步骤(1)制得的溶液作为内芯溶液，步骤(2)制得的溶液作为外层溶液，调节电压至10-30kv，纺丝温度为20-30℃，制备成轴心结构包裹药物或生长因子的纳米纤维无纺布或取向纤维产品。
2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的生物可降解聚合物材料包括：聚丙交酯，聚乙交酯、聚己内酯、乙交酯和丙交酯的共聚物；聚羟基丁酸酯、聚羟基戊酸酯、聚羟基己酸酯；胶原、明胶；聚乙烯醇；壳聚糖及其衍生物；可降解聚氨酯类；聚碳酸酯，或聚碳酸酯与上述材料的共混物。
3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的药物包括美福仙，两亲酶素，新霉素，莫匹罗星，多粘菌素B，抗真菌药及喹诺酮类。
4、跟据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述生长因子包括：骨形态发生蛋白，转化生长因子-β1，胰岛细胞生长因子，表皮生长因子，血管内皮细胞生长因子，碱性成纤维细胞生长因子，神经胶质生长因子，软骨调节素-I，血小板衍化生长因子或角朊细胞生长因子。
5、跟据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的溶剂包括氯仿、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、丙酮的一种或两种的复合体系。
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