一种生物支架及其制备方法、用途和水凝胶体系技术

本申请提供了一种生物支架及其水凝胶体系。所述水凝胶体系包括：第一凝胶、第二凝胶以及纳米骨替代材料或纳米神经替代材料，所述第一凝胶由聚乙烯醇和水形成，所述第二凝胶由光引发剂、光交联剂和水形成。所述生物支架由所述水凝胶体系形成。本申请还提供了所述生物支架的制备方法和用途。本申请提供了一种全新的生物支架，并且该生物支架能够为骨细胞和神经细胞提供良好的生长环境，可用于骨修复或神经修复。

A biological scaffold and its preparation method, application and hydrogel system

This application provides a biological scaffold and its hydrogel system. The hydrogel system comprises: first gel, second gel, and nano bone substitute material or nano nerve substitute material, the first gel is formed by polyvinyl alcohol and water, and the second gel is formed by photoinitiator, photo crosslinking agent and water. The biological scaffold is formed by the hydrogel system. The application also provides the preparation method and use of the biological scaffold. This application provides a novel biological scaffold, and the biological scaffold can provide a good growth environment for bone cells and nerve cells, and can be used for bone repair or nerve repair.

【技术实现步骤摘要】
一种生物支架及其制备方法、用途和水凝胶体系
本申请涉及但不限于医用材料领域，具体涉及但不限于一种生物支架及其制备方法、用途和水凝胶体系。
技术介绍
组织工程技术是近年出现的能重建缺损组织并促使其再生的新兴技术，其基本要素包括种子细胞、生物支架及生物活性因子等。生物支架为种子细胞提供一个三维生长的支架，从而使种子细胞增殖和分化，它起着代替组织或器官的细胞外基质的作用，使细胞间形成适宜的空间分布和细胞联系，成为人工模拟的细胞外基质，构成细胞生长的微环境。用于组织工程的生物支架材料包括：骨、软骨、血管、神经、皮肤和人工器官，如肝、脾、肾、膀胱等的组织支架材料。寻找更多更好的生物支架，为人类修补生命再创健康，已成为全世界众多科学家共同的追求和孜孜不倦研究的动力。
技术实现思路
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。本申请提供了一种用于制备水凝胶生物支架的水凝胶体系，和利用该水凝胶体系制备的生物支架及其制备方法，该水凝胶体系能够采用3D打印或注射成型的方法制备得到满足不同形状需求的生物支架。具体地，本申请提供了一种生物支架的水凝胶体系，所述水凝胶体系包括：第一凝胶、第二凝胶以及纳米骨替代材料或纳米神经替代材料，所述第一凝胶由聚乙烯醇和水形成，所述第二凝胶由光引发剂、光交联剂和水形成。在一些实施方式中，所述纳米骨替代材料可以选自纳米羟基磷灰石、纳米磷酸三钙、纳米骨粉、纳米氧化铝和纳米氧化锆中的任意一种或更多种。任选地，所述纳米骨替代材料的质量与所述水凝胶体系中的水的体积的比例可以为1％-200％，其中，所述纳米骨替代材料的质量的单位为g，所述水凝胶体系中的水的体积的单位为ml。任选地，所述纳米骨替代材料的粒径可以为1-1000纳米，例如，可以为50-200纳米。在本申请中，术语“骨粉”指将动物的骨组织(可来自模式动物或者人源化抗体转基因动物)经过炼油、洗涤、干燥和粉碎后得到的产品。在一些实施方式中，所述纳米神经替代材料可以选自纳米石墨烯、纳米石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、纳米金和纳米银中的任意一种或更多种。任选地，所述纳米神经替代材料与所述水凝胶体系中的水的体积的比例可以为1％-10％，其中，所述纳米神经替代材料的质量的单位为g，所述水凝胶体系中的水的体积的单位为ml。任选地，所述纳米神经替代材料的粒径可以为1-1000纳米，例如，可以为50-200纳米。纳米材料的粒径和材料的分散性以及比表面积有关，分散性越好的材料合成的生物支架性能越好。在一些实施方式中，所述聚乙烯醇的质量与所述水凝胶体系中的水的体积的比例可以为6％-10％，其中，所述聚乙烯醇的质量的单位为g，所述水凝胶体系中的水的体积的单位为ml。任选地，所述聚乙烯醇的醇解度可以为87％-88％或97％-100％。在一些实施方式中，所述光交联剂可以选自聚乙二醇衍生物和甲基丙烯酸衍生物中的任意一种或更多种。在一些实施方式中，所述光交联剂与所述水凝胶体系中的水的体积的比例可以为3％-60％，其中，所述光交联剂的质量的单位为g，所述水凝胶体系中的水的体积的单位为ml。任选地，所述聚乙二醇衍生物为聚乙二醇双丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇5,000乙酸N-琥珀酰亚胺基酯、甲氧基聚乙二醇马来酰胺和维生素E聚乙二醇琥珀酸酯中的任意一种或更多种；任选地，所述甲基丙烯酸衍生物选自甲基丙烯酸酐、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)和甲基丙烯酸N-琥珀酰亚胺酯中的任意一种或更多种。在一些实施方式中，所述光引发剂可以选自2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐和樟脑醌中的任意一种或更多种。任选地，所述光引发剂的质量与所述水凝胶体系中的水的体积的比例可以不超过0.1％，还任选地为0.01％-0.1％，其中，所述光引发剂的质量的单位为g，所述水凝胶体系中的水的体积的单位为ml。在一些实施方式中，所述水凝胶体系还可以包括第三凝胶，所述第三凝胶可以由可溶性生物材料和水形成。任选地，所述可溶性生物材料可以选自海藻酸、海藻酸盐、透明质酸(包括改性的透明质酸，例如，甲基丙烯酸化透明质酸)、明胶(包括改性明胶，例如，甲基丙烯酸化明胶)、多肽(例如，EFK、EFK-CA、RGD)、丙烯酰胺/双丙烯酰胺和壳聚糖(包括改性壳聚糖，例如，羧甲基壳聚糖、羟乙基壳聚糖)中的任意一种或更多种。任选地，所述可溶性生物材料的含量可以为使得所述水凝胶体系的粘度不超过600×106mPas。本申请还提供了一种生物支架，所述生物支架由如上所述的水凝胶体系形成。在一些实施方式中，所述生物支架上还可以负载有促进骨或神经修复与再生的生物活性因子和/或药物。任选地，促进骨修复与再生的生物活性因子可以选自转化生长因子β、成纤维细胞生长因子、血小板衍生性生长因子、胰岛素样生长因子、血管内皮生长因子、生长分化因子和成骨细胞特异性因子中的任意一种或更多种。任选地，促进骨修复与再生的药物可以选自骨形态发生蛋白和I型胶原蛋白中的任意一种或更多种。任选地，促进神经修复与再生的生物活性因子可以选自神经生长因子、脑源性神经生长因子、脑源性神经营养因子、睫状神经生长因子和碱性成纤维细胞生长因子中的任意一种或更多种。任选地，促进神经修复与再生的药物可以选自甲泼尼龙、神经节苷脂、内皮素受体拮抗剂、钙离子通道阻滞剂、兴奋性氨基酸拮抗剂、阿片受体拮抗剂、一氧化氮合成酶抑制剂、抗氧化剂、自由基清除剂、血小板激活因子拮抗剂、神经营养素3/4/5/6和褪黑激素中的任意一种或更多种。本申请还提供了如上所述的生物支架的制备方法，所述方法可以包括下述步骤：向聚乙烯醇水溶液中加入光引发剂和光交联剂，搅拌使光引发剂和光交联剂溶解；加入纳米骨替代材料或纳米神经替代材料，搅拌均匀；任选地，加入可溶性生物材料粉末，使获得的水凝胶体系的粘度不超过600×106mPas；将获得的水凝胶体系制备成支架；将支架冻干，灭菌；以及任选地，在支架上负载促进骨或神经修复与再生的生物活性因子和/或药物。在一些实施方式中，形成所述生物支架的水凝胶体系中含有可溶性生物材料，将获得的水凝胶体系制备成支架的方式可以为三维打印或注射成型；或者，形成所述生物支架的水凝胶体系中不含有可溶性生物材料，将获得的水凝胶体系制备成支架的方式可以为冻干法、加热熔融法、致孔剂法、翻模法。任选地，加入纳米骨替代材料或纳米神经替代材料后，可以搅拌0-12小时。在一些实施方式中，负载促进骨或神经修复与再生的生物活性因子或药物所采用的方法可以为NHS-EDC方法，即通过将生物支架进行碱化处理，再加入EDC/NHS(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺)，通过酰胺化反应将药物负载至生物支架上。本申请还提供了如上所述的生物支架用于骨修复或神经修复的用途。本申请的生物支架的成型方式多样，制备便捷，应用领域广。本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物支架的水凝胶体系，所述水凝胶体系包括：第一凝胶、第二凝胶以及纳米骨替代材料或纳米神经替代材料，所述第一凝胶由聚乙烯醇和水形成，所述第二凝胶由光引发剂、光交联剂和水形成。

【技术特征摘要】
1.一种生物支架的水凝胶体系，所述水凝胶体系包括：第一凝胶、第二凝胶以及纳米骨替代材料或纳米神经替代材料，所述第一凝胶由聚乙烯醇和水形成，所述第二凝胶由光引发剂、光交联剂和水形成。2.根据权利要求1所述的水凝胶体系，其中，所述纳米骨替代材料选自纳米羟基磷灰石、纳米磷酸三钙、纳米骨粉、纳米氧化铝和纳米氧化锆中的任意一种或更多种；任选地，所述纳米骨替代材料的质量与所述水凝胶体系中的水的体积的比例为1％-200％，所述纳米骨替代材料的质量的单位为g，所述水凝胶体系中的水的体积的单位为ml；任选地，所述纳米骨替代材料的粒径为1-1000纳米。3.根据权利要求1所述的水凝胶体系，其中，所述纳米神经替代材料选自纳米石墨烯、纳米石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、纳米金和纳米银中的任意一种或更多种；任选地，所述纳米神经替代材料与所述水凝胶体系中的水的体积的比例为1％-10％，所述纳米神经替代材料的质量的单位为g，所述水凝胶体系中的水的体积的单位为ml；任选地，所述纳米神经替代材料的粒径为1-1000纳米。4.根据权利要求1-3中任一项所述的水凝胶体系，其中，所述聚乙烯醇的质量与所述水凝胶体系中的水的体积的比例为6％-10％，所述聚乙烯醇的质量的单位为g，所述水凝胶体系中的水的体积的单位为ml；任选地，所述聚乙烯醇的醇解度为87％-88％或97％-100％。5.根据权利要求1-3中任一项所述的水凝胶体系，其中，所述光交联剂选自聚乙二醇衍生物和甲基丙烯酸衍生物中的任意一种或更多种；任选地，所述聚乙二醇衍生物为聚乙二醇双丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇5,000乙酸N-琥珀酰亚胺基酯、甲氧基聚乙二醇马来酰胺和维生素E聚乙二醇琥珀酸酯中的任意一种或更多种；任选地，所述甲基丙烯酸衍生物选自甲基丙烯酸酐、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)和甲基丙烯酸N-琥珀酰亚胺酯中的任意一种或更多种。6.根据权利要求1-3中任一项所述的水凝胶体系，其中，所述光引发剂选自2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐和樟脑醌中的任意一种或更多种；任选地，所述光引发剂的质量与所述水凝胶体系中的水的体积的比例不超过0.1％，还任选地为0.01％-0.1％，所述光引发剂的质量的单位...

【专利技术属性】
技术研发人员：李澜，蒋青，滕华建，
申请(专利权)人：蒋青，
类型：发明
国别省市：江苏,32