骨修复水凝胶支架及其制备方法技术

技术编号:19462848 阅读:37 留言:0更新日期:2018-11-17 03:02
本发明专利技术提供一种骨修复水凝胶支架,所述骨修复水凝胶支架包括高分子凝胶载体和矿化纳米骨颗粒,所述高分子凝胶载体包括高分子凝胶和基质金属蛋白酶响应肽链,所述高分子凝胶上直接交联基质金属蛋白酶响应肽链,所述骨修复水凝胶支架在紫外光激发下经过3D打印成型。另,本发明专利技术还涉及一种骨修复水凝胶支架的制备方法。本发明专利技术所述骨修复水凝胶支架具有高孔隙率、机械强度,且可智能响应骨髓间充质干细胞或骨细胞体系和促进组织长入并诱导骨愈合,所述制备方法工艺简单,可以一次成型。

【技术实现步骤摘要】
骨修复水凝胶支架及其制备方法
本专利技术涉及生物医用材料领域,尤其涉及一种骨修复水凝胶支架及其制备方法。
技术介绍
3D打印用水凝胶材料表现出极好的机械性能、载药能力、仿生特性,同时由于其可根据缺损部位复杂结构个性化聚合成型,是组织工程材料中出现较晚但是极具发展潜力的新型材料,在临床上具有广阔应用前景。与此同时,3D打印用水凝胶也由于其先进的成型工艺和受损组织修复能力,在国内外生物医学工程领域,如仿生人工器官,以及干细胞/肿瘤与材料相互作用的研究上也具有极大的科研价值。为了使细胞/组织在水凝胶内部更好地长入、整合,并使其降解与组织长入相匹配,需要在材料内部构建连通的微米尺寸多孔结构。水凝胶的制孔途径有多种,按照成孔机理可分为冷冻干燥法、相分离法、模板法、起泡法等。然而,以上方法制备的多孔水凝胶,随着孔隙率和孔连通性的增大,会导致其弹性模量减小,机械强度下降,使其局限于软组织再生修复的设计上,因此限制了水凝胶材料的应用范围。其次,水凝胶也因为其制备多孔结构时所需的复杂成型体系、苛刻的成型条件,以及交联剂、有机溶剂或制孔剂的残留,不利于加载细胞和机体植入,从而进一步限制了多孔水凝胶在生物材料和组织再生领域的应用。生物分子响应型智能多孔水凝胶,需要能在机体生理环境下,通过对特定的生物分子(如葡萄糖、酶和DNA分子等)产生智能响应,从而发生水解、酶解,从高分子、大分子物质降解成对机体无损害的小分子物质,如氨基酸、乳酸等,并对机体无毒副作用。因此,通过生物分子识别响应的水凝胶,可以模拟生命活动过程中的分子信号识别途径,能识别特定生物分子从而产生刺激响应。这样的水凝胶智能体系类似于具有反馈和平衡功能的生物系统,在组织工程和再生医学领域有非常诱人的应用前景。
技术实现思路
本专利技术提供一种在保证骨修复材料具有高孔隙率、机械强度的同时,具有智能响应骨髓间充质干细胞或骨细胞体系和促组织长入并诱导骨愈合的能力,且工艺简单的骨修复水凝胶支架及其制备方法。为解决上述技术问题,本专利技术采用下述技术方案:一种骨修复水凝胶支架,包括高分子凝胶载体和矿化纳米骨颗粒,所述高分子凝胶载体包括高分子凝胶和基质金属蛋白酶响应肽链,所述高分子凝胶与所述基质金属蛋白酶响应肽链直接交联,所述骨修复水凝胶支架在紫外光激发下经过3D打印成型。根据本专利技术的设计构思,本专利技术所述高分子凝胶为胶原蛋白、丝素蛋白、纤连蛋白、明胶、壳聚糖、透明质酸、硫酸角质素、海藻酸钠、纤维丝、糖胺聚糖中的一种或几种。根据本专利技术的设计构思,本专利技术所述基质金属蛋白酶响应肽链为甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-甘氨酸-氨基(GPLGVRGDG-NH2)或甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸-甘氨酸-氨基(GPLGVRG-NH2)。根据本专利技术的设计构思,本专利技术所述矿化纳米骨颗粒修复材料为矿化纳米钙磷颗粒。另外,本专利技术要求保护一种骨修复水凝胶支架的制备方法,包括如下制备步骤:(1)高分子凝胶载体的制备:按重量份计,将10-20份的高分子凝胶溶液、1-5份基质金属蛋白酶响应的肽链、50-100份光交联剂溶解在三乙胺和丙酮的混合溶液,在常温下磁力搅拌进行化学反应,反应完成后,对反应物进行提纯,将纯化产物冻干,于冰箱-20℃保存;(2)矿化纳米骨颗粒的制备:在含有钙离子的溶液中加入高分子矿化模板的溶液,混合均匀,逐滴加入含有磷酸根离子的溶液,并同时滴加碱溶液,调整溶液pH值为7~8,置于37℃水浴中搅拌并陈化后,用超纯水抽滤或离心清洗所得沉淀,冷冻干燥研磨后得到矿化纳米钙磷颗粒;(3)多孔水凝胶固化成型:制备浓度为5-20g/ml的高分子凝胶载体溶液,加入1-5%的泡沫稳定剂,1-10%的矿化纳米骨颗粒,1%的光引发剂,置于均质分散机中分散气泡5-10分钟后,置于注射容器中注射成型并于紫外照射下固化形成多孔水凝胶。根据本专利技术的设计构思,本专利技术步骤S1中所述光交联剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酰氯、甲基丙烯酸异氰基乙酯和甲基丙烯酸N-羟琥珀酸亚胺酯中的任意一种。根据本专利技术的设计构思,本专利技术步骤S2中所述高分子矿化模板为胶原蛋白、丝素蛋白、海藻酸钠。根据本专利技术的设计构思,本专利技术步骤S2中所述含有钙离子的溶液为氯化钙溶液或硝酸钙溶液,所述含有磷酸根离子的溶液为磷酸氢二纳或磷酸氢二氨溶液。根据本专利技术的设计构思,本专利技术步骤S3所述的泡沫稳定剂为泊洛沙姆PF127、PEO-PPO-PEO、椰油酰胺丙基甜菜碱、乙酰基六肽-8、椰油酰胺丙基胺、月桂基羟基磺基甜菜碱中的任意一种;所述光引发剂为Irgacure2959、Irgacure784、Irgacure651、Irgacure1173、Irgacure819或二苯基乙二酮中的任意一种。根据本专利技术的设计构思,本专利技术步骤S3中所述紫外照射的紫外光波长为365nm,功率为1~50W。与现有技术相比,本专利技术具有下述有益效果:(1)本专利技术所述的骨修复水凝胶支架可在3D打印注射成型的同时直接加载干细胞,并保持水凝胶的高孔隙率、孔连通性,于是可以在保持细胞活力的同时并利于细胞长入和增殖。(2)本专利技术还通过在改性凝胶高分子溶液中引入骨矿化纳米颗粒可以以提高其骨诱导能力;并通过引入基质金属蛋白酶(MMPs)敏感的短肽,从而进一步获得一种智能型多孔凝胶支架,实现体内的智能组织响应。(3)本专利技术制备的3D打印用骨修复水凝胶支架,相较现有技术,成型工艺更加简单,聚合反应过程更加温和,同时没有毒性溶剂参与合成,且此骨修复水凝胶支架具有良好的组织相容性、低免疫原性、机械性能优异、降解速率更加可控,具有极好的临床应用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为3D打印用骨修复支架的扫描电镜(SEM)照片。图2为3D打印用骨修复支架植入大鼠皮下的H&E组织染色切片图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。需要进行说明的是,本专利技术中,除特别指明,涉及的百分数均为质量百分比。第一方面,本专利技术提供一种骨修复水凝胶支架,包括高分子凝胶载体和矿化纳米骨颗粒,所述高分子凝胶载体包括高分子凝胶和基质金属蛋白酶响应肽链,所述高分子凝胶与所述基质金属蛋白酶响应肽链直接交联,所述骨修复水凝胶支架在紫外光激发下经过3D打印成型。所述高分子凝胶为胶原蛋白、丝素蛋白、纤连蛋白、明胶、壳聚糖、透明质酸、硫酸角质素、海藻酸钠、纤维丝、糖胺聚糖中的一种或几种,所述基质金属蛋白酶响应肽链为甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-甘氨酸-氨基(GPLGVRGDG-NH2)或甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸-甘氨酸-氨基(GPLGVRG-N本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种骨修复水凝胶支架,其特征在于,所述骨修复水凝胶支架包括高分子凝胶载体和矿化纳米骨颗粒,所述高分子凝胶载体包括高分子凝胶和基质金属蛋白酶响应肽链,所述高分子凝胶与所述基质金属蛋白酶响应肽链直接交联,所述骨修复水凝胶支架在紫外光激发下经过3D打印成型。

【技术特征摘要】
1.一种骨修复水凝胶支架,其特征在于,所述骨修复水凝胶支架包括高分子凝胶载体和矿化纳米骨颗粒,所述高分子凝胶载体包括高分子凝胶和基质金属蛋白酶响应肽链,所述高分子凝胶与所述基质金属蛋白酶响应肽链直接交联,所述骨修复水凝胶支架在紫外光激发下经过3D打印成型。2.根据权利要求1所述的一种骨修复水凝胶支架,其特征在于,所述高分子凝胶为胶原蛋白、丝素蛋白、纤连蛋白、明胶、壳聚糖、透明质酸、硫酸角质素、海藻酸钠、纤维丝、糖胺聚糖中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种骨修复水凝胶支架,其特征在于,所述基质金属蛋白酶响应肽链为甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-甘氨酸-氨基(GPLGVRGDG-NH2)或甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸-甘氨酸-氨基(GPLGVRG-NH2)。4.根据权利要求1所述的一种骨修复水凝胶支架,其特征在于,所述矿化纳米骨颗粒修复材料为矿化纳米钙磷颗粒。5.一种骨修复水凝胶支架的制备方法,其特征在于,包括如下制备步骤:步骤S1、高分子凝胶载体的制备:按重量份计,将10-20份的高分子凝胶溶液、1-5份基质金属蛋白酶响应的肽链、50-100份光交联剂溶解在三乙胺和丙酮的混合溶液,在常温下磁力搅拌进行化学反应,反应完成后,对反应物进行提纯,将纯化产物冻干,于冰箱-20℃保存;步骤S2、矿化纳米骨颗粒的制备:在含有钙离子的溶液中加入高分子矿化模板的溶液,混合均匀,逐滴加入含有磷酸根离子的溶液,并同时滴加碱溶液,调整溶液pH值为7~8,置于37℃水浴中搅拌并陈化...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨高洁吴苏州李晓云陈明惠
申请(专利权)人:深圳市晶莱新材料科技有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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