一种含微孔隙和纳米纤维复合结构的仿生组织工程支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含微孔隙和纳米纤维复合结构的仿生组织工程支架及其制备方法。所述具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架包括微孔隙和纳米纤维网络结构；所述微孔隙的孔径为20～200μm；所述纳米纤维网络的直径为10～2000nm，长度为1～100μm。本发明专利技术组织工程支架充分模拟了天然细胞外基质的结构特征，微孔为细胞长入支架提供了条件，较高的孔隙率利于氧和营养物质在之间内部的渗透和扩散；纳米纤维网络仿生细胞外基质的网络结构，能够促进细胞黏附、生长、增殖、分化和迁移。本发明专利技术制备方法很好地解决了现有传统的支架制备工艺的缺点，具有成为新的组织工程支架制备技术的潜力。

A biomimetic tissue engineering scaffold with micropore and nanofiber composite structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种含微孔隙和纳米纤维复合结构的仿生组织工程支架及其制备方法
本专利技术涉及一种含微孔隙和纳米纤维复合结构的仿生组织工程支架及其制备方法，属于组织工程和生物制造

技术介绍
组织工程再生医学(TissueEngineeringandRegenerativeMedicine)是一门新兴交叉科学，通过在体外仿生构建具有一定结构与功能的人工组织，来修复、替代病损的组织与器官。目前组织工程产品已经在皮肤、骨/软骨、膀胱、血管、肝脏、神经等领域得到应用，为人类治疗各种组织器官损伤提供了新的可能性。组织工程的经典策略为细胞、支架和生长因子三要素，其中支架通过仿生细胞外基质(ECM)，为细胞提供结构支撑，促进细胞黏附、生长、增殖、分化和迁移，是组织工程的关键因素之一。对于支架而言，孔隙率是一个重要指标，只有具有合适的微孔尺寸和孔隙率，才能使细胞充分长入支架内部，促进氧和营养物质的扩散。另一方面，天然细胞外基质(ECM)是由包括纤维性糖蛋白(主要是胶原和弹性蛋白)、结构性糖蛋白(粘着蛋白，以纤连蛋白、层粘蛋白为主)以及蛋白多糖构成复杂、动态的纤维网络构成，直径在数十到数百纳米。这些ECM纤维网络形成细胞组织结构框架，稳定组织，提供细胞粘附的机械支持；同时辅助内信号传播，在细胞繁殖分化、迁移、定位中发挥重要作用。因此理想的支架，应该同时具有合适的微孔尺寸(直径在数十到数百微米)和纳米纤维网络(直径在十到数百纳米)。目前，组织工程支架制造方法包括致孔剂析出法、冷冻干燥法和电纺丝法等，其制备工艺各有优缺点，如，致孔剂析出法只能制备厚度不大(小于3mm)的片状结构，当支架厚度较大，致孔剂不易流出且会偏聚，导致微孔分布不均匀。冷冻干燥方法的优点在于能够成形贯通性良好的微孔，工艺工程没有高温，方便在支架中复合生物活性物质。电纺丝工艺的缺点是所制备的支架微孔较小，细胞难以长入支架内部，且一般力学性能较差。可见，上述现有方法均不能制备同时具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种同时具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架；本专利技术通过结合冷冻干燥法和电纺丝法，得到同时具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架。具体地，首先，通过电纺丝工艺制备纤维网络，这些长而连续的纤维网络通过超声震荡形成短纤维；然后将这些短纤维与生物材料溶液混合，低温下发生热致相分离，然后冷冻干燥得到具有微孔隙和纳米纤维的支架。所述支架充分模拟了天然细胞外基质结构，支架内微孔为细胞长入支架提供了条件，较高的孔隙率利于氧和营养物质在之间内部的渗透和扩散；支架内纳米纤维网络仿生细胞外基质的网络结构，促进细胞黏附、生长、增殖、分化和迁移。本专利技术所提供的具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架，包括微孔隙和纳米纤维网络结构。所述微孔隙的孔径为20～200μm，具体可为25μm～75μm、25μm～125μm或50μm～150μm；所述纳米纤维网络的直径为10～2000nm，具体可为2.5μm～7.5μm、1.5μm～2.5μm或182～348nm，长度为1～100μm，具体可为2.5～7.5μm、1.5～4.5μm或4.5～5.5μm；所述微孔隙由生物材料制成；所述生物材料可为天然高分子材料或合成高分子材料；所述天然高分子材料可为胶原、壳聚糖、海藻酸钠、明胶、丝素蛋白、透明质酸、纤维蛋白原和白蛋白中至少一种；所述合成高分子材料可为聚己内酯(PCL,Polycaprolactone)、聚乳酸(PLA,Polylacticacid)、聚乙醇酸(PGA,Polyglycolide)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA,Poly(Lactide-co-Glycolide))、聚癸二酸丙三醇酯(PGS,Poly(glycerolsebacate))、聚乙二醇(PEG,Poly(ethyleneglycol))和聚丙交脂-乙交脂共聚物(PLLG,poly(L-lactide-co-glycolide))中至少一种。所述纳米纤维网络由电纺丝材料制成；所述电纺丝材料可为天然高分子材料或合成高分子材料；所述天然高分子材料为胶原、壳聚糖、海藻酸钠、明胶、丝素蛋白、透明质酸、纤维蛋白原和白蛋白中至少一种；所述合成高分子材料可为聚己内酯(PCL,Polycaprolactone)、聚乳酸(PLA,Polylacticacid)、聚乙醇酸(PGA,Polyglycolide)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA,Poly(Lactide-co-Glycolide))、聚癸二酸丙三醇酯(PGS,Poly(glycerolsebacate))、聚D,L-丙交酯(PDLLA)和聚丙交脂-乙交脂共聚物(PLLG,poly(L-lactide-co-glycolide))中至少一种。本专利技术还进一步提供了所述仿生组织工程支架的制备方法，包括如下步骤：(1)采用电纺丝方法制备电纺丝薄膜，经超声破碎分散得到所述纳米纤维网络；(2)将所述纳米纤维网格与制备所述微孔隙的生物材料溶液混合，依次经凝固、冷冻干燥和交联，即得到具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架。上述的制备方法中，步骤(1)中，所述电纺丝方法的条件如下：所述电纺丝材料的溶液的质量浓度为0.05～0.2g/mL，具体可为0.08～0.15g/mL、0.08g/mL、0.1g/mL或0.15g/mL，溶剂可选择六氟异丙醇(HFIP)、1,4二氧六环(1,4-dioxane)或三氯甲烷；电压为5kV～30kV，具体可为20kV；注射器挤出速度为0.1～5.0ml/h，具体可为0.8～1.6ml/h、0.8ml/h、1.3ml/h或1.6ml/h；收集装置与针尖之间的间距为5～15cm，具体可为12cm或15cm；在室温条件下进行即可。上述的制备方法中，步骤(2)中，所述生物材料溶液的浓度可为0.001～0.02g/mL，具体可为0.005～0.015g/mL、0.005g/mL或0.015g/mL，溶剂可选择PBS缓冲溶液、醋酸水溶液等；上述的制备方法中，步骤(2)中，所述纳米纤维网格与生物材料的质量比为1：10～10：1，具体可为1：1、1：4或4：1。上述的制备方法中，步骤(2)中，所述凝固条件如下：均匀或定向温度场，冷却温度为-20℃～-196℃，具体可为-20℃、-80℃、-196℃；所述冷冻干燥的条件如下：压强为0.01～0.1mbar，时间为24h～48h；所述交联可为物理交联或化学交联，所述化学交联包括温度交联、离子交联、共价交联、紫外交联等。上述的制备方法中，步骤(1)中，当所述电纺丝方法采用的所述电纺丝材料为天然高分子材料时，制备所述电纺丝薄膜之前，还包括将所述电纺丝材料进行交联的步骤，如采用物理交联或化学交联。本专利技术具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架可用于制备组织替代物、药物筛选模型和病理研究模型等。与现有的技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术组织工程支架充分模拟了天然细胞外基质的结构特征，微孔为细胞长入支架提供了条件，较高的孔隙率利于氧和营养物质在之间内部的渗透和扩散；纳米纤维网络仿生细胞外基质的网络结构，能够促进细胞黏附、生长、增殖、分化和迁移。本专利技术制备方法很好地解决了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架，其特征在于：所述仿生组织工程支架包括微孔隙和纳米纤维网络结构。

【技术特征摘要】
1.一种具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架，其特征在于：所述仿生组织工程支架包括微孔隙和纳米纤维网络结构。2.根据权利要求1所述的仿生组织工程支架，其特征在于：所述微孔隙的孔径为20～200μm；所述纳米纤维网络的直径为10～2000nm，长度为1～100μm。3.根据权利要求1或2所述的仿生组织工程支架，其特征在于：所述微孔隙由生物材料制成；所述生物材料为天然高分子材料或合成高分子材料；所述天然高分子材料为胶原、壳聚糖、海藻酸钠、明胶、丝素蛋白、透明质酸、纤维蛋白原和白蛋白中至少一种；所述合成高分子材料为聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚癸二酸丙三醇酯、聚乙二醇和聚丙交脂-乙交脂共聚物中至少一种。4.根据权利要求1-3中任一项所述的仿生组织工程支架，其特征在于：所述纳米纤维网络由电纺丝材料制成；所述电纺丝材料为天然高分子材料或合成高分子材料；所述天然高分子材料为胶原、壳聚糖、海藻酸钠、明胶、丝素蛋白、透明质酸、纤维蛋白原和白蛋白中至少一种；所述合成高分子材料为聚己内酯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚癸二酸丙三醇酯、聚乙二醇和聚丙交脂-乙交脂共聚物中至少一种。5.权利要求1-4中任一项所述仿生组织工程支架的制备方法，包括如下步骤：(1)采用电纺丝方法制备电纺丝薄膜，经超声破碎分散得到所述纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，方永聪，张婷，莉莉安娜利维拉尼，奥尔多·博卡奇尼，
申请(专利权)人：清华大学，埃尔朗根纽伦堡大学，
类型：发明
国别省市：北京,11