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一種透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料及其制備方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201110337148.0

申請日:

2011.10.31

公開號:

CN102380129B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):A61L 27/48申請日:20111031|||公開
IPC分類號: A61L27/48; A61L27/20; A61L27/56; C08J9/28 主分類號: A61L27/48
申請人: 昆明理工大學
發明人: 陳慶華; 董會; 王靜; 陳佳; 黃明華
地址: 650093 云南省昆明市五華區學府路253號
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110337148.0

授權公告號:

102380129B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2013.02.13|||2012.03.21

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及用于軟骨缺損修復的一種透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料的制備方法,屬于生物醫學材料領域。本發明采用透明質酸鈉、魔芋葡甘聚糖兩種材料,以不同的配比以及魔芋葡甘聚糖的交聯,通過冷凍干燥法制得一種透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料。本發明反應條件溫和,步驟簡單,成本低廉;人體骨髓間充質干細胞在支架材料中分布均勻,且生長繁殖狀況良好;同時此支架材料的孔徑、孔隙率、抗壓強度、吸水率、降解率等可以通過調節透明質酸鈉、魔芋葡甘聚糖、交聯劑的含量及冷凍干燥條件來調節,從而得到滿足要求的多孔支架材料,該材料可用于軟骨修復領域。

權利要求書

1.一種透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料,其特征在于:由透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖兩種材料組成。2.根據權利要求書1所述的透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料,其特征在于:透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:100~1:5。3.一種透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料的制備方法,其特征在于:包括如下步驟:(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:2000~1:20,將透明質酸鈉溶于水中,攪拌使其充分溶解,然后將堿性溶液加入溶液中;(2)按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:100~1:5,將魔芋葡甘聚糖加入步驟(1)得到的材料中,攪拌至凝膠狀態;(3)將步驟(2)得到的材料密封后水浴熟化,然后將材料取出,待溫度下降后,再將材料放入水浴中脫堿直至產物溶液pH值為7;取出材料,先低溫冷凍,然后再冷凍干燥,制得SH/KGM多孔支架材料。4.根據權利要求3所述的透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料的制備方法,其特征在于:堿性溶液為濃度為0.1~1vol%的NH3·H2O或濃度為0.1~1vol%的NaOH溶液,加入量按堿性溶液與水的體積比為1:5000~1:100。5.根據權利要求3所述的透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料的制備方法,其特征在于:所述步驟(3)中水浴熟化溫度為50℃~90℃,時間為12~48h;水浴脫堿溫度為15℃~50℃,時間為1h~48h。6.根據權利要求3所述的透明質酸鈉/魔芋葡甘聚糖多孔支架材料的制備方法,其特征在于:所述步驟(3)中低溫冷凍和干燥的溫度為-10℃~-40℃,時間為1h~48h。

說明書

一種透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料及其制備方法

技術領域

本發明涉及用于軟骨缺損修復的一種透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料及其制備方法,屬于生物醫學材料領域。

背景技術

關節軟骨主要包括蛋白多糖,膠原,其他蛋白類如連接蛋白,透明質酸等,且其再生和自我修復能力差。目前臨床常用的關節軟骨損傷修復方法有微骨折、軟骨下鉆孔、自體骨軟骨移植和同種異體骨軟骨移植等。自體骨軟骨移植(鑲嵌成形術),安全,有效,是臨床最常用的治療方法,但此方法會給患者帶來新的局部病損并且其來源有限,無法用于修復直徑超過2cm的軟骨缺損,大大限制了其應用。同種異體骨軟骨移植來源廣泛,但是存在病原傳播和排異反應的可能。微骨折經常用于修復損傷的關節軟骨,此技術通過骨髓刺激形成纖維樣軟骨組織,但存在生物力學特性差,短期出現退變的問題。軟骨組織工程學的出現和發展為治療關節軟骨疾病和缺損開辟了一種新的途徑,在關節軟骨治療方面顯示出巨大的潛力。

軟骨組織工程學的基本原理是:將體外培養的軟骨細胞或骨髓間充質干細胞吸附于生物相容性好、可被機體降解吸收的支架材料上,此支架材料為干細胞提供生存空間,使細胞獲得足夠的營養物質,進行氣體交換,并使細胞按預制形態的三維支架生長,然后將形成的細胞-生物復合材料植入軟骨缺損部位,隨著支架材料在體內的降解吸收,細胞在支架上不斷增殖、分化,形成新的具有一定功能和形態的組織,從而對病損組織或器官修復與功能重建。其中支架材料是組織工程的關鍵要素之一。目前用于修復關節軟骨的組織工程支架材料有透明質酸、膠原、糖苷聚糖、白蛋白、幾丁質、魔芋葡甘聚糖、藻酸鹽、蠶絲蛋白、纖維蛋白、聚乙醇酸、聚乳酸、聚乙二醇、聚乙內酯聚氨酯等。但現今的軟骨組織工程支架材料都存在如體內吸收過快或過慢,生物相容性較差,支架表面的結構對細胞的生長的不利影響等缺陷。眾多因素的影響使組織工程軟骨移植未能達到滿意的結果,迄今為止,尚未找到一種理想的軟骨細胞培養支架。

透明質酸(Haluronic?acid,?HA)是一種酸性粘多糖,它廣泛存在于動物和人體的生理活性物質,在人皮膚、關節滑膜液、臍帶、房水及眼玻璃體中均有分布。透明質酸有多種重要的生理功能,如潤滑關節,調節血管壁的通透性,調節蛋白質,水電解質擴散及運轉,促進創傷愈合等。由于透明質酸易分解,故商品化的透明質酸一般為其鈉鹽,即透明質酸鈉(Hyaluronate?Sodium,?HS)。透明質酸鈉在醫藥方面已得到廣泛應用——可用作眼科人工晶體植入手術的粘彈劑、骨性關節炎風濕性關節炎等關節手術的填充劑,作為媒介在滴眼液中廣泛應用,可用于藥物控釋,還可用于預防手術后粘連和促進皮膚傷口的愈合。但是大量的研究表明,透明質酸鈉在直接植入或與生理系統結合使用時的用量不宜過多,故其用作組織工程材料的成分時需要與其它高分子材料復合。

魔芋葡甘聚糖(Konjac?glucomannan,?KGM)是一種提取自魔芋塊莖的pH值敏感性多糖,可以通過調節系統的pH值來控制KGM的凝膠產生時間和凝膠度,這種特性對控制支架材料的機械性能、生物降解性能及其與其他材料的復合非常有利。此外,由于KGM良好的生物相容性,是理想的組織工程支架材料和藥物控釋材料。除上述特點外,由于KGM可獲得孔結構豐富且孔徑可調的三維網狀結構,具有良好的持水能力、生物相容性和降解性,且其與透明質酸(鈉)的微觀結構、理化性質十分相似,故能與透明質酸(鈉)很好地復合。另外,由于KGM來源較廣,成本低廉,與昂貴的透明質酸(鈉)復合后可降低支架材料的成本。

迄今為止,文獻已經報道采用透明質酸參與的支架有:透明質酸-膠原、透明質酸-殼聚糖、透明質酸-聚己內酯、透明質酸-聚苯乙醇、透明質酸-明膠-殼聚糖等,但還沒有利用透明質酸、魔芋葡甘聚糖兩種材料的優點符合制備的透明質酸-魔芋葡甘聚糖多孔支架材料。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖兩種生物材料的多孔支架材料及其制備方法,解決現有支架材料性能不理想、成本高等問題。

本發明的技術方案是:透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料由透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖兩種材料組成,透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:100~1:5。

本透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料的制備方法是:

(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:2000~1:20,將透明質酸鈉溶于水中,攪拌使其充分溶解,然后將堿性溶液加入溶液中;

(2)交聯:按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:100~1:5,將魔芋葡甘聚糖加入步驟(1)得到的材料中,攪拌至凝膠狀態;

(3)將步驟(2)得到的材料密封后在溫度為50℃~90℃的水浴中熟化12~48h,將材料取出,然后將水浴溫度降至15℃~50℃時,再將材料放入水浴中脫堿直至產物pH為7;取出材料,在溫度為-10℃~-40℃條件下低溫冷凍和干燥1h~48h,制得SH/KGM多孔支架材料。

所述步驟(1)中,堿性溶液為濃度為0.1~1vol%%的NH3·H2O或濃度為0.1~1vol%%的NaOH溶液,加入量按堿性溶液與水的體積比為1:5000~1:100。

所述步驟(3)中制得的SH/KGM多孔支架材料,在103.4kPa(1.05kg/cm2)蒸汽壓下,溫度達到121.3℃,高壓滅菌進行消毒后備用。

本發明提供的HA/KGM多孔支架材料,經消毒后,置于干燥皿中保存備用。通過電鏡掃描檢測等方法來確定支架的孔徑大小、孔分布情況、孔隙率。通過參照國標GB/1041-92對支架的抗壓強度進行測定。通過干燥后重量與充分吸水后重量的比較,測定支架吸水率。利用XRD分析出支架的晶體結構和結晶程度。用傅立葉轉換紅外光譜儀對支架的結構組成及化學基團的變化進行分析。選擇生理鹽水作為材料的降解介質,研究材料的體外降解行為。將支架材料修剪為5mm×5mm×1mm的樣品。將制備好的片狀樣品消毒,在粘連蛋白溶液中浸泡數小時后,放入置有BMSCs的培養液(DMEM/F12)中體外培養7d(培養條件為37℃、飽和濕度、空氣環境中CO2濃度為5%)。利用掃描電鏡進行單位面積細胞數量統計,取連續5個視場為統計樣本,初步統計,每平方毫米面積中的細胞數量。

本發明將用透明質酸、魔芋葡甘聚糖兩種材料交聯而成HA/KGM多孔支架材料,其中的KGM通過脫乙酰基交聯形成三維網絡結構,而HA通過與KGM形成氫鍵等結合而共同形成三維多孔支架,不僅降低了透明質酸支架材料的成本,而且具備了透明質酸、魔芋葡甘聚糖支架材料兩者的共同特點,具有以下優點:

1、HA/KGM多孔支架材料孔徑主要為100~250μm,適合營養物質的運輸傳送與細胞的移動生長,平均復合軟骨組織工程的要求;

2、HA/KGM多孔支架材料孔隙率高于75%,滿足組織工程支架材料高孔隙率的要求;

3、HA/KGM多孔支架材料的抗壓強度高于0.5MP,滿足支架材料在植入前后的力學要求,且與天然關節軟骨壓應力為0.5~1.0MPa的范圍是相適應的;

4、HA/KGM多孔支架材料的吸水率高于1000%,作為支架材料來講,高的吸水率也可以有效的防治創面積液的形成,有利于創面愈合,符合軟骨組織工程支架材料的要求;

5、HA/KGM多孔支架材料的孔貫穿性較好,BMSCs在支架上分布均勻,生長增殖狀態良好。

附圖說明

圖1為本發明HA/KGM多孔支架材料的制備工藝流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例,對本發明做進一步闡述,但本發明的保護范圍不限于所述內容。

實施例1:由透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖兩種材料組成,透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:100。

參見圖1,本透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料的制備方法是:

(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:2000,將透明質酸鈉溶于水中,攪拌使其充分溶解,然后將堿性溶液加入溶液中;堿性溶液為濃度為0.1vol%%的NH3·H2O溶液,加入量按堿性溶液與水的體積比為1:267。

(2)交聯:按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:100,將魔芋葡甘聚糖加入步驟(1)得到的產物中,攪拌至凝膠狀態;

(3)將步驟(2)得到的材料密封后在溫度為70℃的水浴中熟化24h,將材料取出,然后將水浴溫度降至30℃時,再將材料放入水浴中脫堿直至產物溶液pH值為7;取出材料,在溫度為-30℃條件下低溫冷凍和干燥24h,制得SH/KGM多孔支架材料。在103.4kPa(1.05kg/cm2)蒸汽壓下,溫度達到121.3℃時,將SH/KGM多孔支架材料進行高壓滅菌消毒后備用。

實施例2:由透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖兩種材料組成,透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:80。

參見圖1,本透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料的制備方法是:

(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:100,將透明質酸鈉溶于水中,攪拌使其充分溶解,然后將堿性溶液加入溶液中;堿性溶液為濃度為0.8vol%%的NaOH溶液,加入量按堿性溶液與水的體積比為1:5000。

(2)交聯:按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:80,將魔芋葡甘聚糖加入步驟(1)得到的產物中,攪拌至凝膠狀態;

(3)將步驟(2)得到的產物密封后在溫度為50℃的水浴中熟化12h將材料取出,然后將水浴溫度降至15℃時,將材料放入水浴中脫堿直至產物溶液pH值為7;取出材料,在溫度為-10℃條件下低溫冷凍和干燥1h,制得SH/KGM多孔支架材料。在103.4kPa(1.05kg/cm2)蒸汽壓下,溫度達到121.3℃時,將SH/KGM多孔支架材料進行高壓滅菌消毒后備用。

實施例3:由透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖兩種材料組成,透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:5。

參見圖1,本透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料的制備方法是:

(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:20,將透明質酸鈉溶于水中,攪拌使其充分溶解,然后將堿性溶液加入溶液中;堿性溶液為濃度為1vol%%的NH3·H2O溶液,加入量按堿性溶液與水的體積比為1:100。

(2)交聯:按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:5,將魔芋葡甘聚糖加入步驟(1)得到的產物中,攪拌至凝膠狀態;

(3)將步驟(2)得到的產物密封后在溫度為90℃的水浴中熟化48h,將材料取出,然后將水浴溫度降至50℃時,再將材料放入水浴中脫堿直至產物溶液pH值為7;取出材料,在溫度為-20℃條件下低溫冷凍和干燥48h,制得SH/KGM多孔支架材料。在103.4kPa(1.05kg/cm2)蒸汽壓下,溫度達到121.3℃時,將SH/KGM多孔支架材料進行高壓滅菌消毒后備用。

實施例4:由透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖兩種材料組成,透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:70。

參見圖1,本透明質酸鈉和魔芋葡甘聚糖多孔支架材料的制備方法是:

(1)按透明質酸鈉與水的質量比為1:1500,將透明質酸鈉溶于水中,攪拌使其充分溶解,然后將堿性溶液加入溶液中;堿性溶液為濃度為0.3vol%%的NH3·H2O溶液,加入量按堿性溶液與水的體積比為1:3000。

(2)交聯:按透明質酸鈉與魔芋葡甘聚糖的質量比為1:70,將魔芋葡甘聚糖加入步驟(1)得到的產物中,攪拌至凝膠狀態;

(3)將步驟(2)得到的產物密封后在溫度為60℃的水浴中熟化18h,然后將水浴溫度降至40℃時水浴脫堿直至產物溶液pH值為7;取出材料,在溫度為-40℃條件下低溫冷凍和干燥10h,制得SH/KGM多孔支架材料。在103.4kPa(1.05kg/cm2)蒸汽壓下,溫度達到121.3℃時,將SH/KGM多孔支架材料進行高壓滅菌消毒后備用。

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一種 透明 質酸鈉 魔芋 聚糖 多孔 支架 材料 及其 制備 方法
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