一种仿生糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种仿生糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架及其制备方法。本发明专利技术以糖基化矿化胶原、糖基化壳聚糖和PLGA为原料制备多孔复合骨组织工程支架材料，通过调整原料的组成比例弥补了单一材料成型性差、力学强度低和细胞吸附性弱的缺点。PLGA具有良好的生物相容性、无毒和良好的成型性能，通过热致分相法将糖基化矿化胶原、糖基化壳聚糖与PLGA结合制备的三维孔洞网络结构，具有与天然骨极其相似的纳米结构，有利于细胞在支架材料表面的粘附、增殖与分化，一定的粗糙度和孔隙率也有利于新生骨组织长入植入体表面，并促进植入体/宿主组织界面处的骨整合过程。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架及其制备方法
本专利技术涉及一种仿生糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架及其制备方法，属于生物医用材料

技术介绍
骨的修复和再生是骨科手术中常见而复杂的临床问题。尽管自体移植和同种异体移植在临床治疗和研究中得到了广泛应用，但它们都存在一定的问题。自体移植物需要进行二次手术，增加患者的创伤和痛苦，同种异体移植物具有感染和免疫应答的风险。人工骨组织工程替代材料是治疗骨缺损的另一种选择，在自体骨不能实现自身修复的情况下，人工骨可以通过组织再生功能实现骨愈合和骨重建，目前已被誉为骨再生的替代策略。其典型方法是以具备骨传导性和骨诱导性的材料为仿生支架载体，结合特定的骨细胞或骨组织生长因子/细胞激素等，使其体内移植后能自然的诱导骨再生或替换缺陷组织。在组织工程研究中，细胞支架的选择是研究的焦点之一。为了促进新骨形成，支架在设计构建时应尽可能充分模拟天然骨的细胞外基质，这样可以为骨细胞的生理行为和骨再生提供良好的仿生微环境，也可以积极的促成或阻止某些积极或不良的生理反应。常见的单一高分子支架材料有：聚乳酸(PLA)，聚羟基乙酸(PGA)，丝蛋白，胶原、透明质酸、纤维蛋白等细胞外基质材料和壳聚糖、海藻酸盐等，他们可以为细胞的黏附、生长与分化提供合适的三维空间结构，并且充分模拟天然仿生骨基质的微环境。胶原是骨组织有机间质的主要成分，在用于骨组织工程时常常通过与磷灰石的复合进一步提高生物活性。在中国专利文献CN1325734(申请号：CN01129699.2)中公开了一种纳米相钙磷盐/胶原/聚乳酸骨复合多孔材料的制备方法，该方法以胶原为分子模板，制备出一定程度上排列有序的纳米相钙磷盐，并用先热致分相后冰冻干燥的方法使它与聚乳酸(PLA)共同组成多孔框架材料以制备出有一定强度、高孔隙率且生物相容性好的骨替代材料。透明质酸也可以作为构建组织工程支架的优良材料，具有近似于自然组织的物理性能并且为新生组织形成提供机械稳定性，此外，透明质酸寡糖(oHAs)还有促进血管生成、促进创伤愈合的功能，具有生物可降解性和良好的生物相容性，这有利于骨组织工程快速血管化的构建。随着组织工程研究的深入，目前人们逐渐认识到单一种类的生物材料难以获得理想的活性人工仿生骨，因此将两种或几种不同性能的天然高分子材料或人工合成高分子材料复合，以结合不同材料的优势，构建新型的骨组织工程修复材料。在中国专利文献CN108421088A(申请号CN201810353944.5)中公开了一种矿化胶原基中等强度人工骨修复材料的制备方法。该方法以胶原分子为矿化模板制备矿化胶原，然后将不同浓度的高聚物溶液按一定质量比混合并冷冻干燥制备成聚合物/矿化胶原复合材料、硬质聚合物/矿化胶原复合材料颗粒和矿化胶原基中等强度人工骨修复材料。该专利技术虽然可以制备一定支撑强度的复合骨材料，但是材料颗粒直径为毫米级的硬质聚合物/矿化胶原复合物会明显降低支架的孔隙率，造成材料在体液环境中不易完全浸润，不适宜骨细胞的生长。
技术实现思路
针对现有骨修复材料临床应用上的缺陷，本专利技术在仿生的思路下和有机-无机复合材料的基础上，提供了一种仿生糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架及其制备方法。术语说明：PLGA：聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolicacid)，PLGA)，由两种单体乳酸和羟基乙酸随机聚合而成，是一种可降解的功能高分子有机化合物。室温：具有本领域公知的含义，一般是指25±2℃。本专利技术的技术方案如下：一种仿生糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架的制备方法，步骤如下：(1)糖基化壳聚糖的制备：将透明质酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺加入反应体系中，36～38℃搅拌反应0.5～2h后加入壳聚糖，继续搅拌16～24h，离心获得上清液，调节pH至7.1，继续搅拌3～5h后调节pH至7.5，离心收集沉淀，将沉淀洗涤后，干燥获得糖基化壳聚糖；所述反应体系为吗啉乙磺酸缓冲液，浓度为0.01～0.05M；所述透明质酸在反应体系中的浓度为1～5mg/mL，所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐在反应体系中的浓度为4～8mg/mL，所述N-羟基琥珀酰亚胺在反应体系中的浓度为6～7mg/mL，所述壳聚糖在反应体系中的浓度为4～8mg/mL；(2)糖基化矿化胶原的制备：透明质酸与胶原在氰基硼氢化钠的作用下发生交联反应，35～40℃避光条件下磁力搅拌24h～36h，将交联溶液用醋酸稀释6～8倍，超滤除去未交联分子，冷冻干燥获得糖基化胶原；将糖基化胶原溶解于盐酸中得糖基化胶原溶液，向糖基化胶原溶液中缓慢滴加含有PO43-的水溶液，然后逐滴加入含有Ca2+的水溶液，调节pH至7.0，室温下静置24～48h，收集沉淀，沉淀洗涤后，干燥获得糖基化矿化胶原；所述交联反应的反应体系为六氟异丙醇和碳酸氢钠水溶液按体积比3:(1～2)的混合溶液，碳酸氢钠水溶液的摩尔浓度为0.1～0.2M；所述透明质酸在反应体系中的浓度为4～6mg/mL，所述胶原在反应体系中的浓度为14～18mg/mL，所述氰基硼氢化钠在反应体系中的浓度为4～6mg/mL；所述糖基化胶原溶液的浓度为0.5～0.8g/L；所述含有PO43-的水溶液为NaH2PO4溶液，加入PO43-的量为0.010～0.060mol/克糖基化胶原；含有Ca2+的水溶液为CaCl2溶液，加入Ca2+的量与PO43-的量的摩尔比为(1.6～1.8)：1；(3)糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架的制备：以溶剂溶解PLGA，得质量浓度为8％～10％的PLGA溶液，将步骤(1)和步骤(2)制得的糖基化壳聚糖和糖基化矿化胶原加入到PLGA溶液中，分散均匀后，将所得悬浊液注入到直径为1cm的圆柱形聚四氟乙烯模具中降温、成型、干燥后获得仿生糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述透明质酸的重均分子量为700～5000Da；所述壳聚糖的重均分子量为50KDa，脱乙酰度为90％。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述吗啉乙磺酸缓冲液的浓度为0.05M；所述透明质酸在反应体系中的浓度为3mg/mL，所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐在反应体系中的浓度为6mg/mL，所述N-羟基琥珀酰亚胺在反应体系中的浓度为6.5mg/mL，所述壳聚糖在反应体系中的浓度为6mg/mL。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述搅拌反应的条件为：37℃搅拌反应0.5h后加入壳聚糖，继续搅拌20h。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述离心的条件为：8000rpm离心10min。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述调节pH采用浓度为0.10M的氢氧化钠溶液。在调节pH至7.1的过程中溶液逐渐出现浑浊，继续搅拌3～5h后调节pH至7.5，溶液中出现更加明显的浑浊现象。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述沉淀洗涤的过程为去离子水反复洗涤沉淀3次，每次洗涤后8000rpm离心，离心时间10min/次。根据本专利技术优选的，步骤(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)糖基化壳聚糖的制备：将透明质酸、1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐、N‑羟基琥珀酰亚胺加入反应体系中，36～38℃搅拌反应0.5～2h后加入壳聚糖，继续搅拌16～24h，离心获得上清液，调节pH至7.1，继续搅拌3～5h后调节pH至7.5，离心收集沉淀，将沉淀洗涤后，干燥获得糖基化壳聚糖；所述反应体系为吗啉乙磺酸缓冲液，浓度为0.01～0.05M；所述透明质酸在反应体系中的浓度为1～5mg/mL，所述1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐在反应体系中的浓度为4～8mg/mL，所述N‑羟基琥珀酰亚胺在反应体系中的浓度为6～7mg/mL，所述壳聚糖在反应体系中的浓度为4～8mg/mL；(2)糖基化矿化胶原的制备：透明质酸与胶原在氰基硼氢化钠的作用下发生交联反应，35～40℃避光条件下磁力搅拌24h～36h，将交联溶液用醋酸稀释6～8倍，超滤除去未交联分子，冷冻干燥获得糖基化胶原；将糖基化胶原溶解于盐酸中得糖基化胶原溶液，向糖基化胶原溶液中缓慢滴加含有PO4

【技术特征摘要】
1.一种仿生糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)糖基化壳聚糖的制备：将透明质酸、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺加入反应体系中，36～38℃搅拌反应0.5～2h后加入壳聚糖，继续搅拌16～24h，离心获得上清液，调节pH至7.1，继续搅拌3～5h后调节pH至7.5，离心收集沉淀，将沉淀洗涤后，干燥获得糖基化壳聚糖；所述反应体系为吗啉乙磺酸缓冲液，浓度为0.01～0.05M；所述透明质酸在反应体系中的浓度为1～5mg/mL，所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐在反应体系中的浓度为4～8mg/mL，所述N-羟基琥珀酰亚胺在反应体系中的浓度为6～7mg/mL，所述壳聚糖在反应体系中的浓度为4～8mg/mL；(2)糖基化矿化胶原的制备：透明质酸与胶原在氰基硼氢化钠的作用下发生交联反应，35～40℃避光条件下磁力搅拌24h～36h，将交联溶液用醋酸稀释6～8倍，超滤除去未交联分子，冷冻干燥获得糖基化胶原；将糖基化胶原溶解于盐酸中得糖基化胶原溶液，向糖基化胶原溶液中缓慢滴加含有PO43-的水溶液，然后逐滴加入含有Ca2+的水溶液，调节pH至7.0，室温下静置24～48h，收集沉淀，沉淀洗涤后，干燥获得糖基化矿化胶原；所述交联反应的反应体系为六氟异丙醇和碳酸氢钠水溶液按体积比3:(1～2)的混合溶液，碳酸氢钠水溶液的摩尔浓度为0.1～0.2M；所述透明质酸在反应体系中的浓度为4～6mg/mL，所述胶原在反应体系中的浓度为14～18mg/mL，所述氰基硼氢化钠在反应体系中的浓度为4～6mg/mL；所述糖基化胶原溶液的浓度为0.5～0.8g/L；所述含有PO43-的水溶液为NaH2PO4溶液，加入PO43-的量为0.010～0.060mol/克糖基化胶原；含有Ca2+的水溶液为CaCl2溶液，加入Ca2+的量与PO43-的量的摩尔比为(1.6～1.8)：1；(3)糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架的制备：以溶剂溶解PLGA，得质量浓度为8％～10％的PLGA溶液，将步骤(1)和步骤(2)制得的糖基化壳聚糖和糖基化矿化胶原加入到PLGA溶液中，分散均匀后，将所得悬浊液注入到直径为1cm的圆柱形聚四氟乙烯模具中降温、成型、干燥后获得仿生糖基化矿化胶原/糖基化壳聚糖/PLGA复合骨组织工程支架。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述透明质酸的重均分子量为700～5000Da；所述壳聚糖的重均分子量为50KDa，脱乙酰度为90％。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述吗啉乙磺酸缓冲液的浓度为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宗刚，栗敏，张秀丽，顾国锋，郭忠武，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37