凝膠-plga雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種凝膠-聚(丙交酯-co-乙交酯)(PLGA)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料及制備。該材料為圓柱體，由上下兩種材料構(gòu)成，其中上部為甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的羧甲基殼聚糖和明膠，下部為多孔的PLGA。其制備過程：以明膠微球?yàn)橹驴讋┲苽錇橐欢嗣鏋殄F形凹面的PLGA多孔支架；以改性殼聚糖和改性明膠配制凝膠溶液；在錐形凹面的PLGA多孔支架上滴加凝膠溶液，倒置，經(jīng)紫外光交聯(lián)得到凝膠-PLGA雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料。該材料具有良好的生物相容和可降解性，材質(zhì)為兩相梯度過渡結(jié)構(gòu)，結(jié)合緊密不脫落，制備過程簡單。
【專利說明】凝膠-PLGA雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料及制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種凝膠-聚(丙交酯-CO-乙交酯)(PLGA)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)支架材料及制備方法，屬于軟骨-骨界面組織修復(fù)生物材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]軟骨-骨、肌腱-骨、韌帶-骨等骨界面組織在解剖結(jié)構(gòu)和組織成分上是不均一的，而具備結(jié)構(gòu)和組成連續(xù)梯度變化的特征，所以為了實(shí)現(xiàn)界面組織的良好修復(fù)，需要設(shè)計(jì)理想的功能化梯度的支架(Leong K F，Chua C K, Sudarmadji N, Yeong W Y, Journalof the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2008, 1(2): 140-152)。
[0003]針對于軟骨-骨界面，其在組成、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能具有顯著的差異，目前，有報(bào)道已經(jīng)制備了組成、結(jié)構(gòu)、生物活性因子含量的梯度支架。Tempieri等人通過生物誘導(dǎo)礦化法制備了組成和形貌梯度分布的透明質(zhì)酸鎂-膠原復(fù)合支架，此支架不同的區(qū)域可以選擇性地誘導(dǎo)細(xì)胞向成骨或者軟骨分化(Tampieri A, Sandri M, Landi E, Pressato D,Francioli S， Quarto R, Martin I, Biomaterials, 2008, 29 (26): 3539-3546)。 Kon等人分別制備不同I型膠原和羥基磷灰石含量的支架層，然后得到組成不同的三層支架，對梯度支架進(jìn)行關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)的臨床實(shí)驗(yàn)表明梯度支架比較安全穩(wěn)定，病人得到了較滿意的治療效果(Kon E, Delcogliano M, Filardo G, Pressato D, Busacca M, Grigolo B,Desando G, Marcacci M, Injury-1nternational Journal of the Care of the Injured,2010，41(7): 778-786)。為了更好的模擬軟骨-骨界面的力學(xué)性能，并分別支持軟骨和成骨細(xì)胞的生長和分化，研究者制備出了結(jié)合凝膠與多孔支架的多相支架。Rodrigues等人制備出上層為瓊脂糖凝膠，下層為淀粉/聚己內(nèi)酯的雙相支架，分別支持羊水干細(xì)胞向軟骨及成骨分化(Rodrigues M T, Lee S J, Gomes M E, Reis R L, Atala A, Yoo J J, ActaBiomaterialia, 2012，8 (7): 2795-2806)。雙相支架中凝膠相可以很好的模擬軟骨細(xì)胞的體內(nèi)生長環(huán)境，支持干細(xì)胞向軟骨方向分化；而硬的部分可以提供相當(dāng)骨的力學(xué)性能，促進(jìn)干細(xì)胞向骨分化。
[0004]針對軟骨- 骨界面組成及性質(zhì)的梯度過渡特征，需要連續(xù)梯度組成和生物活性信號的誘導(dǎo)來加強(qiáng)軟骨-骨界面的修復(fù)，因此研究者提出制備具有連續(xù)梯度物理及化學(xué)性質(zhì)的支架(Mohan N, Dormer N H, Caldwell K L, Key V H, Berkland C J, Detamore M S,Tissue Engineering Part A, 2011, 17(21/22): 2845-2855)。目前，利用微流體設(shè)備和靜電紡絲設(shè)備已經(jīng)能夠制備出連續(xù)梯度的電紡膜支架(Zhang X，Gao XH, Jiang L, Qin JH, Langmuir, 2012，28(26)，10026-10032 ； Li XR, MacEwan M R, Xie J ff, Siewe D,Yuan X Y, Xia Y N, Advance Functional Materials, 2010, 20 (10): 1632-1637)。
[0005]現(xiàn)有的用于軟骨-骨修復(fù)的多相梯度支架的制備大都不能實(shí)現(xiàn)過渡區(qū)組分的連續(xù)梯度，并且各層間容易脫落分離，采用錐形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上下兩相間的連續(xù)梯度過渡，同時(shí)凝膠相部分滲透到PLGA多孔支架使兩相緊密結(jié)合的制備方法未見文獻(xiàn)報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種凝膠-聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料及制備方法。該材料具有良好的生物相容和可降解性，材質(zhì)為兩相梯度過渡結(jié)構(gòu)，結(jié)合緊密不脫落，而且制備過程簡單。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的:一種凝膠-聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料，其特征在于，該軟骨-骨修復(fù)材料其形狀為圓柱體，由上下兩種不同材料及兩部分材料之間以凹錐嵌入結(jié)合而成，其中下部材料為孔徑為350-450 μ m的聚(丙交酯_co_乙交酯)(PLGA)材料，上部材料為由甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的羧甲基殼聚糖和甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的明膠按質(zhì)量比為1: (8~10)組成。
[0008]上述的聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)的數(shù)均分子量為(5~12)' 104 ；甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的明膠的分子量為0-7)'104 ;甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的羧甲基殼聚糖的重均分子量為(0.8~1.2)' 104。
[0009]上述的凝膠-聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于包括以下過程:
1)將直徑為350-450μ m的明膠微球放于圓柱模板中，并使明膠微球上表面形成到圓錐面，向明膠層滴入乙醇與水比例為8/2的溶液，在37°C下交聯(lián)l0-30min，得到明膠骨架；
2)將步驟I)制得的明膠骨架浸入質(zhì)量濃度為5~9%的聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)的二氯甲烷溶液中，使溶液充分進(jìn)入明膠間隙中，形成明膠圓柱體。將明膠圓柱體取出，在-20°C下進(jìn)行相分離12h，在乙醇中置換二氯甲烷溶劑，最后在37°C的水中洗去明膠，得到一端為倒圓錐口的孔徑為350-450 μ m的聚(丙交酯_co-乙交酯)(PLGA)材料的圓柱體，將其在_20°C存放備用；
3)按質(zhì)量比1:(6~10)將甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的羧甲基殼聚糖和甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的明膠，在40°C下溶于濃度為0.1M、pH為7.4的磷酸鹽緩沖液中，配制成質(zhì)量濃度為9%的溶液，再向溶液中加入與改性羧甲基殼聚糖和改性的明膠質(zhì)量之和的1-2倍的分子量為875的聚乙二醇，然后加入按改性羧甲基殼聚糖和改性明膠總質(zhì)量的1- 5%的光交聯(lián)劑2959，得到凝膠前驅(qū)體溶液；
4)將步驟2)制得的多孔的聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)材料的圓柱體以倒圓錐口朝上放入等直徑的一端封閉的圓管內(nèi)，再向圓管內(nèi)滴加步驟3)制得的凝膠前驅(qū)體溶液，滴加高度與多孔的聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)圓柱體等高，然后立刻將該圓管倒置，放入紫外交聯(lián)箱中，在波長為365nm的紫外光下照射交聯(lián)5~10min，得到凝膠-聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，聚(丙交酯-CO-乙交酯)(PLGA)相與改性殼聚糖和改性明膠的凝膠相以凹錐嵌入結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)連續(xù)梯度過渡，且兩相間緊密結(jié)合不易分離脫落，其制備過程簡單。同時(shí)，該軟骨-骨修復(fù)材料具有良好的生物相容性、生物可降解性，可用于軟骨-骨界面組織修復(fù)生物材料領(lǐng)域。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例11.稱取0.1lg直徑為350~450 μ m的明膠微球放于直徑為6mm的柱狀模板中，然后壓入尖端為錐形的玻璃模具(直徑為5mm，錐形高度為2mm)，滴入100 μ L乙醇與水比例為8/2的溶液，在37°C下交聯(lián)15min，得到明膠骨架。
[0012]2.將明膠骨架浸入濃度為7%的聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)的二氯甲烷溶液中，浸泡12h，在真空烘箱中抽去孔中氣體，保證溶液完全進(jìn)入。取出支架，吸干表面溶液，在冰箱中(_20°C)相分離12h，乙醇置換12h。最后在37°C的水中洗去明膠骨架，得到高度為4mm,直徑為5mm, —端面為錐形凹面的聚(丙交酯_co_乙交酯)(PLGA)多孔支架。將支架在真空烘箱中干燥，_20°C存放。
[0013]3.稱取8.9mg甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的羧甲基殼聚糖和71.1mg甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的明膠，在40°C下溶于ImL濃度為0.1M, pH為7.4的磷酸鹽緩沖液中，加入80 μ L分子量為875的聚乙二醇，然后加入16 μ L的濃度為100mg/mL的光交聯(lián)劑2959的乙醇溶液，得到凝膠溶液。
[0014]4.將步驟2制得的聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)支架以錐形凹面向上放于一端封閉的直徑為5mm的玻璃管中，然后再向玻璃管中滴加步驟3所制得的凝膠溶液，滴加高度為4_，迅速將玻璃管倒置，然后將其放入紫外交聯(lián)箱中，在365nm波長紫外光下交聯(lián)7min，得到凝膠-聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料。
[0015]實(shí)施例2
1.稱取0.15g直徑為350~450 μ m的明膠微球放于直徑為6mm的柱狀模板中，然后壓入尖端為錐形的玻璃模具(直徑為5mm，錐形高度為3mm)，滴入100 μ L乙醇與水比例為8/2的溶液，在37°C下交聯(lián)30min，得到明膠骨架。
[0016]2.將明膠骨架浸入濃度為6%的聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)的二氯甲烷溶液中，浸泡12h，在真空烘箱中抽 去孔中氣體，保證溶液完全進(jìn)入。取出支架，吸干表面溶液，在冰箱中(_20°C)相分離12h，乙醇置換12h。最后在37°C的水中洗去明膠骨架，得到高度為6mm,直徑為5mm, —端面為錐形凹面的聚(丙交酯_co_乙交酯)(PLGA)多孔支架。將支架在真空烘箱中干燥，_20°C存放。
[0017]3.稱取5.6mg甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的羧甲基殼聚糖和50mg甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的明膠，在40°C下溶于ImL濃度為0.1M, pH為7.4的磷酸鹽緩沖液中，加入70 μ L分子量為875的聚乙二醇，然后加入10 μ L的濃度為100mg/mL的光交聯(lián)劑2959的乙醇溶液，得到凝膠溶液。
[0018]4.將步驟2制得的聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)支架以錐形凹面向上放于一端封閉的直徑為5mm的玻璃管中，然后再向玻璃管中滴加步驟3所制得的凝膠溶液，滴加高度為6_，迅速將玻璃管倒置，然后將其放入紫外交聯(lián)箱中，在365nm波長紫外光下交聯(lián)lOmin，得到凝膠-聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料。
[0019]實(shí)施例3:
1.稱取0.1lg直徑為350~450 μ m的明膠微球放于直徑為6mm的柱狀模板中，然后壓入尖端為錐形的玻璃模具(直徑為5mm，錐形高度為2mm)，滴入100 μ L乙醇與水比例為8/2的溶液，在37°C下交聯(lián)15min，得到明膠骨架。
[0020]2.將明膠骨架浸入濃度為9%的聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)的二氯甲烷溶液中，浸泡12h，在真空烘箱中抽去孔中氣體，保證溶液完全進(jìn)入。取出支架，吸干表面溶液，在冰箱中(_20°C)相分離12h，乙醇置換12h。最后在37°C的水中洗去明膠骨架，得到高度為4mm,直徑為5mm, —端面為錐形凹面的聚(丙交酯_co_乙交酯)(PLGA)多孔支架。將支架在真空烘箱中干燥，_20°C存放。
[0021]3.稱取12mg甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的羧甲基殼聚糖和90mg甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的明膠，在40°C下溶于ImL濃度為0.1M, pH為7.4的磷酸鹽緩沖液中，加入100 μ L分子量為875的聚乙二醇，然后加入30 μ L的濃度為100mg/mL的光交聯(lián)劑2959的乙醇溶液，得到凝膠溶液。 [0022]4.將步驟2制得的聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)支架以錐形凹面向上放于一端封閉的直徑為5mm的玻璃管中，然后再向玻璃管中滴加步驟3所制得的凝膠溶液，滴加高度為6_，迅速將玻璃管倒置，然后將其放入紫外交聯(lián)箱中，在365nm波長紫外光下交聯(lián)5min，得到凝膠-聚(丙交酯-Co-乙交酯)(PLGA)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料。
【權(quán)利要求】
1.一種凝膠-聚(丙交酯-CO-乙交酯)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料，其特征在于，該軟骨-骨修復(fù)材料其形狀為圓柱體，由上下兩種不同材料及兩部分材料之間以凹錐嵌入結(jié)合而成，其中下部材料為孔徑為350-450μπι的聚(丙交酯-Co-乙交酯)材料，上部材料為由甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的羧甲基殼聚糖和甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的明膠按質(zhì)量比為1: (8~10)組成。
2.按權(quán)利要求1所述的凝膠-聚(丙交酯-Co-乙交酯)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料，其特征在于，聚(丙交酯-Co-乙交酯)的數(shù)均分子量為(5~12廠104;甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的明膠的分子量為0-7)'IO4 ;甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的羧甲基殼聚糖的重均分子量為(0.8~1.2廣104。
3.一種按權(quán)利要求1所述的凝膠-聚(丙交酯-Co-乙交酯)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料的制備方法，其特征在于包括以下過程: 1)將直徑為350-450μ m的明膠微球放于圓柱模板中，并使明膠微球上表面形成到圓錐面，向明膠層滴入乙醇與水比例為8/2的溶液，在37°C下交聯(lián)l(T30min，得到明膠骨架； 2)將步驟I)制得的明膠骨架浸入質(zhì)量濃度為5~9%的聚(丙交酯-Co-乙交酯)的二氯甲烷溶液中，使溶液充分進(jìn)入明膠間隙中，形成明膠圓柱體，將明膠圓柱體取出，在_20°C下進(jìn)行相分離12h，在乙醇中置換二氯甲烷溶劑，最后在37°C的水中洗去明膠，得到一端為倒圓錐口的孔徑為350-450μπι的聚(丙交酯-Co-乙交酯)材料的圓柱體，將其在-20°C存放備用； 3)按質(zhì)量比1:(6~10)將甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的羧甲基殼聚糖和甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的明膠，在40°C下溶于濃度為0.1M、pH為7.4的磷酸鹽緩沖液中，配制成質(zhì)量濃度為9%的溶液，再向溶液中加入與改性羧甲基殼聚糖和改性的明膠質(zhì)量之和的1~2倍的分子量為875的聚乙二醇，然后加入按改性羧甲基殼聚糖和改性明膠總質(zhì)量的廣5%的光交聯(lián)劑2959，得到凝膠前驅(qū)體溶液； 4)將步驟2)制得的多孔的聚(丙交酯-Co-乙交酯)材料的圓柱體以倒圓錐口朝上放入等直徑的一端封閉的圓管內(nèi)，再向圓管內(nèi)滴加步驟3)制得的凝膠前驅(qū)體溶液，滴加高度與多孔的聚(丙交酯-Co-乙交酯)圓柱體等高，然后立刻將該圓管倒置，放入紫外交聯(lián)箱中，在波長為365nm的紫外光下照射交聯(lián)5~10min，得到凝膠-聚(丙交酯-co_乙交酯)雙相梯度過渡的軟骨-骨修復(fù)材料。
【文檔編號】A61L27/26GK103656745SQ201310673227
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】袁曉燕, 韓鳳選, 趙蘊(yùn)慧, 楊曉玲 申請人:天津大學(xué)