复合梯度浓度生物活性因子组织支架、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种复合梯度浓度生物活性因子组织支架及其制备方法。所述支架包括：支架基体以及分布在所述支架基体上的生物活性因子涂层；并且，在所述涂层平面上的至少两个不同区域内的生物活性因子的含量不同；其制备方法包括：采用静电喷雾技术等将生物活性因子溶液喷滴至支架基体上形成活性因子涂层，且在静电喷雾过程中，喷射头和支架基体在一定时段内以不同速度相对移动，从而使形成的活性因子涂层平面上的不同区域内的生物活性因子含量不同。本发明专利技术的制备方法精度高，稳定性好，可便捷地调控梯度图案，同时梯度分布持续时间长，且所获梯度支架可很好地模拟体内三维空间和梯度微环境，为干细胞的迁移、分化等研究提供了更好研究平台。

Composite gradient concentration bioactive factor tissue scaffold, preparation method and application thereof

The present invention discloses a kind of composite gradient concentration bioactive factor tissue scaffold and its preparation method. The bracket includes a bracket body and the bracket base on the distribution of bioactive factors and content of bioactive coatings; factor of at least two different areas in the coating plane is different; the preparation method comprises the following steps: using electrostatic spray bioactive factor solution droplets to form active factor coated stent matrix, and in the process of electrostatic spray, spray head and move relative to the matrix scaffold in a certain period of time at different speed, so that the activity factor on the surface of the coating formed in different regions within the content of different bioactive factor. The preparation method of the invention has high precision, good stability, convenient regulation pattern and the gradient distribution of gradient, long duration, and the gradient scaffolds can well simulate the micro environment in vivo three-dimensional space and gradient, provides a better platform for the research of stem cell migration and differentiation research.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种组织工程支架材料及其制备方法，特别涉及一种复合梯度浓度生物活性因子组织工程支架、其制备方法及应用，例如作为干细胞迁移、分化载体的用途，属于生物医学材料领域。
技术介绍
神经诱导材料在神经再生和修复过程中具有重要作用。胶原电纺纤维因为能够模拟细胞外基质的结构和成分，是很好的神经导管材料。除了神经搭接和引导作用外，生物活性因子的加入更能促进神经环路的形成和损伤功能的修复。在神经发育和修复过程中，梯度分布的生物活性物质具有至关重要的作用。梯度分布的神经营养因子可以引导神经锥的延伸生长。近年来研究发现基质细胞衍化生长因子1α(SDF1α)和CXCR4信号通路在神经干细胞的维持和归巢中起着很重要的作用。而研究表明干细胞在特定时间、位置的迁移、凋亡、分化等同样受梯度分布的物理化学信号的调控。例如在神经退行性疾病、脑部肿瘤病变区，形成的新的微环境分泌SDF1α，招募内源性神经干细胞向病变部位迁移；而脊髓损伤后，星形胶质细胞增生引发SDF1α上调，促进内源性神经干细胞或移植神经干细胞向损伤部位迁移。目前，研究干细胞在梯度分布生物活性分子作用下的迁移、分化情况等多采用传统的微流控技术，但此技术不能很好地模拟细胞在体内的三维细胞外基质微环境。开发复合梯度分布生物活性物质的支架材料是新一代神经诱导支架的目标。但现有梯度支架材料往往存在梯度浓度精度不高，稳定性不好，持续时间短等局限。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的主要目的在于提供一种复合梯度浓度生物活性因子组织支架的制备方法，其具有精度高，稳定性好，可便捷地调控梯度图案，同时梯度分布持续时间长等特点。本专利技术的另一重要目的在于提供一种复合梯度浓度生物活性因子组织支架，其可以很好地模拟体内三维空间和梯度微环境，对细胞，特别是干细胞的迁移、分化等研究提供了更好的平台。本专利技术的再一重要目的在于提供所述复合梯度浓度生物活性因子组织支架的用途。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术的一实施方案之中提供了一种复合梯度浓度生物活性因子组织支架，其包括：支架基体以及分布在所述支架基体上的生物活性因子涂层；并且，在所述涂层平面上的至少两个不同区域内的生物活性因子的含量不同。较为优选的，所述支架基体主要由胶原纤维形成，所述胶原纤维的直径为100～1000nm。较为优选的，所述生物活性因子包括具有胶原特异结合区的融合表达因子(CBD融合表达因子)。例如，所述融合表达因子可以包含：SDF1α，以及，与SDF1α连接的、具有胶原特异结合能力的多肽。例如，所述融合表达因子还可以包含：BDNF，以及，与BDNF连接的、具有胶原特异结合能力的多肽。进一步的，所述支架基体采用胶原电纺纤维膜。进一步的，所述纤维支架的厚度为0.05mm～0.1mm。进一步的，所述胶原纤维无规则排列。进一步的，所述活性因子涂层内融合表达因子的含量为0.1ng～10ng/cm2。本专利技术的一实施方案之中还提供了一种制备所述复合梯度浓度生物活性因子组织支架的方法，其包括：提供所述支架基体，以及，将生物活性因子溶液施加至所述支架基体上，形成所述活性因子涂层；且在所述涂层平面上的至少两个不同区域内的生物活性因子溶液的施加量不同。在一较为优选的实施方案之中，该制备方法包括：采用静电喷雾工艺将生物活性因子溶液喷滴到所述支架基体表面，其中，静电纺丝设备的喷射头的喷射方向与所述支架基体表面相垂直，喷射头与支架基体的距离为0.8cm～2cm，电压为3KV～5KV，流速为0.05mL/h～0.1mL/h。在一较为优选的实施方案之中，在静电喷雾过程中，使所述喷射头和支架基体至少在两 个时段内沿第一方向和/或第二方向以不同速度相对移动，其中第一方向、第二方向均与所述支架基体表面平行，且第一方向与第二方向相垂直。在一较为优选的实施方案之中，在静电喷雾过程中，所述喷射头喷射出的液滴直径为450～550μm。在一较为优选的实施方案之中，所述生物活性因子溶液采用浓度为0.2nM～20nM的融合表达因子水溶液。前述任一种复合梯度浓度生物活性因子组织支架于培养细胞中的用途。进一步的，所述细胞包括CXCR4高表达的干细胞，所述干细胞包括神经干细胞和/或骨髓间充质干细胞，但不限于此。本专利技术的一实施方案之中还提供了一种细胞培养设备，其包括细胞培养池，所述细胞培养池内分布有前述的任一种复合梯度浓度生物活性因子组织支架。本专利技术的一实施方案之中还提供了一种制备所述细胞培养设备的方法，其包括：提供前述的支架基体，并将所述支架基体固定在基材表面，在所述支架基体周围环绕设置具有设定高度的细胞池壁，从而在所述基材表面与细胞池壁之间围合形成细胞培养池，且使所述支架基体分布于细胞培养池内，采用前述的任一种方法在所述支架基体上形成所述活性因子涂层。本专利技术的一实施方案之中还提供了一种细胞培养方法，其包括：将待培养的细胞接种在前述的任一种复合梯度浓度生物活性因子组织支架上，并在适合孵育所述细胞的环境中使所述细胞迁移和/或分化。本专利技术的一实施方案之中还提供了一种装置，其包括前述的任一种复合梯度浓度生物活性因子组织支架或前述的细胞培养设备。本专利技术通过采用改良的静电喷雾技术，实现细小液滴垂直喷落，并采用胶原材料作为接收平台，控制其移动来实现生物活性因子在不同位置的喷落量，从而实现高精度和良好稳定性的梯度分布的活性因子。同时对因子进行基因改造，使之与具有胶原特异结合能力的短肽融合表达，获得的CBD融合表达因子可实现与胶原支架的特异结合，从而提高胶原支架上梯度分布的持续时间。将复合梯度分布因子的胶原支架固定在玻璃片上，并在材料周围固定液池壁，形成培养池，用于细胞培养。所培养的细胞为CXCR4高表达的干细胞，如神经干细胞、骨髓间充质干细胞等。可很好地模拟体内梯度环境来研究干细胞的迁移、分化等。与现有技术相比，本专利技术至少具有如下优点：提供的复合梯度分布生物活性因子的支架 材料的制备方法精度高，稳定性好，可便捷地调控梯度图案，同时梯度分布持续时间长，且所获梯度支架作为干细胞迁移、分化的载体可很好地模拟体内三维空间和梯度微环境，对干细胞的迁移、分化等研究提供了更好的研究平台。附图说明图1A是本专利技术一实施方案之中利用改良静电喷雾法制备梯度分布生物活性因子涂层的示意图；图1B是本专利技术一实施方案之中一种胶原电纺纤维的扫描电镜图片；图1C是本专利技术一实施方案之中分布于胶原电纺纤维上的静电喷雾液滴的荧光显微镜图片；图2是本专利技术一实施例之中生物活性因子涂层的荧光显微镜照片及荧光强度曲线图(加荧光染色罗丹明)；图3A是本专利技术一实施例之中复合SDF1α梯度涂层的胶原纤维膜SDF1α释放曲线； 图3B是本专利技术一实施例之中复合SDF1α梯度涂层的胶原纤维膜不同区域SDF1α含量曲线； 图3C是本专利技术一实施例之中复合CBD-SDF1α梯度涂层的胶原纤维膜不同区域SDF1α释放曲线； 图4A-4B是本专利技术一实施例之中以复合梯度SDF1α涂层的胶原纤维膜为载体进行神经干细胞培养的细胞活动轨迹图；图4C-4D是本专利技术一实施例之中以复合梯度SDF1α涂层的胶原纤维膜为载体进行神经干细胞培养的细胞终点角度直方图；图4E是本专利技术一实施例之中以复合梯度SDF1α涂层的胶原纤维膜为载体进行神本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合梯度浓度生物活性因子组织支架，其特征在于包括：支架基体以及分布在所述支架基体上的生物活性因子涂层；并且，在所述涂层平面上的至少两个不同区域内的生物活性因子的含量不同。

【技术特征摘要】
2015.06.09 CN 20151031325621.一种复合梯度浓度生物活性因子组织支架，其特征在于包括：支架基体以及分布在所述支架基体上的生物活性因子涂层；并且，在所述涂层平面上的至少两个不同区域内的生物活性因子的含量不同。2.根据权利要求1所述的复合梯度浓度生物活性因子组织支架，其特征在于所述支架基体主要由胶原纤维形成，所述胶原纤维的直径为100～1000nm；优选的，所述支架基体采用胶原电纺纤维膜。3.根据权利要求2所述的复合梯度浓度生物活性因子组织支架，其特征在于所述生物活性因子采用具有胶原特异结合区的融合表达因子。4.根据权利要求3所述的复合梯度浓度生物活性因子组织支架，其特征在于所述融合表达因子包含：SDF1α或BDNF，以及，与SDF1α或BDNF连接的、具有胶原特异结合能力的多肽。5.根据权利要求1-4中任一项所述的复合梯度浓度生物活性因子组织支架，其特征在于所述活性因子涂层中融合表达因子的含量为0.1ng～10ng/cm2。6.权利要求1-5中任一项所述复合梯度浓度生物活性因子组织支架的制备方法，其特征在于包括：提供所述支架基体；以及，将生物活性因子溶液施加至所述支架基体上，形成所述活性因子涂层；且在所述涂层平面上的至少两个不同区域内的生物活性因子溶液的施加量不同。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于包括：采用静电喷雾工艺将生物活性因子溶液喷滴到所述支架基体表面，其中，静电纺丝设备的喷射头的喷射方向与所述支架基体表面相垂直，喷射头与支架基体的距离为0.8cm～2cm，电压为3KV～5KV，流...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴建武，李晓然，孙杰，梁辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32