含丝心蛋白的纤维聚合物材料以及包含其的聚合物支架制造技术

本发明专利技术涉及生物材料及其用途的领域，特别是用于生产植入物以支持生物组织的生长和恢复。本发明专利技术更具体地涉及包含纤维聚合物材料，其包含第一层的对齐的丝心蛋白纤维；第二层丝心蛋白纤维，其中，在所述第二层内所述丝心蛋白纤维随机地取向；第三层对齐的丝心蛋白纤维；以及包含其的聚合物支架。

Fibropolymer materials containing fibroin and polymer scaffolds containing Fibroin

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含丝心蛋白的纤维聚合物材料以及包含其的聚合物支架
本专利技术涉及生物材料及其用途的领域，特别是用于生产植入物以支持生物组织的生长和恢复。本专利技术更具体地涉及含丝心蛋白(fibroin)纤维的纤维聚合物材料，以及包含其的聚合物支架。
技术介绍
神经系统由中枢神经系统(CNS)和周围神经系统(PNS)组成。CNS包括脑和脊髓，而PNS包括从CNS分支出的所有神经。PNS中的神经包含感觉或传入神经元，其携带信息到CNS，和运动或传出神经元，其从CNS传输信息。虽然运动和感觉神经元的细胞体分别位于脊髓和背根神经节中，但这些神经元具有称为轴突的长延伸，其使神经遍及全身的各种器官。由于CNS中的环境限制，不会发生损伤后的自发性神经元修复。然而，PNS的不同之处在于支持创伤后轴突再生的这一特征，无论有无手术干预。周围神经严重损伤后，创伤远端的轴突段开始退化，并且在一个称为沃勒退化(Walleriandegeneration)的过程中，肌肉以及皮肤被去神经，因此可能会出现局部功能丧失。一旦远端轴突段降解，近端轴突桩在来自增殖的Schwann细胞的生化线索和结构指导的帮助下，开始向它们各自的神经支配靶重新生长。在许多轻微的神经损伤情况下，神经会自然再生，使得功能恢复，而不需要手术干预。然而，对于更严重的损伤，必须植入神经移植物，以弥合神经近端和远端之间的间隙。严重神经损伤后治疗的黄金标准程序是神经自体移植，其由用直接取自患者的神经样品移植受损的神经组成。然而，这种技术有几个缺点，诸如需要多次手术、可用性有限、供体部位功能丧失，以及在供体部位发展成疼痛神经瘤的风险。为了克服这些问题，已经开发了合成神经导管(NGC)来代替自体移植物，但是没有系统能够始终显示出足够的优越性。在其他医学领域(诸如在动脉狭窄的治疗中)，已经使用了也被称为支架移植物的聚合物支架，诸如在国际申请WO02/49536中公开的支架移植物。然而，支架移植物被设计成具有顺应性壁(天然血管的特征)和重要的生物稳定性。顺应性是中空器官(脉管)随着透壁压力的增加而膨胀和增加体积的能力，或者是中空器官在施加膨胀或压缩力时抵抗向其原始尺寸回弹的趋势。这些性质对于引导周围神经再生没有用处，其中，支架的稳健性和生物降解性是必需的。NGC的抗张强度是一个非常重要的考虑因素，因为手术后植入物的过度张力会导致再生不良。因此，植入物必须在压力下保持一定的稳定性，以获得长度相对较小的导管和促进健康神经元生长的环境。天然聚合物丝心蛋白已经显示出用于制造NGC的有前景的材料，因为它与其他天然材料相比具有生物相容性、可生物降解性、易于功能化、易于化学改性，并且具有稳健的机械性能。例如，Madduri等人描述了用于引导周围神经再生的丝心蛋白神经导管(Biomaterials,ElsevierSciencePublishersBv.,Barking,Gb,vol.31,no.8,1March2010)。然而，尚未报道具有与自体移植物相似性质的丝心蛋白NGC的制造，可能是因为在该过程中需要克服许多技术难题。因此需要一种基于丝心蛋白的经改进的生物材料，其可用于制造经改进的NGC。
技术实现思路
专利技术人已经建立了含丝心蛋白纤维的纤维聚合物材料，其具有特定的结构，使其在用作植入物时特别有用。本专利技术的纤维聚合物材料由若干层丝心蛋白聚合物组成，其中，纤维以保持很大的抗张强度的同时促进组织恢复的方式排列。这种效果是通过三层结构获得的，其中两个外层包含经对齐的丝心蛋白纤维，并且内层包括随机排列的丝心蛋白纤维。外层的丝心蛋白纤维的对齐通过引导细胞生长促进最佳组织恢复。丝心蛋白纤维的随机排列为纤维聚合物材料提供了合适的抗张强度，因此进一步增强了组织再生。本专利技术的纤维聚合物材料特别适用于制备可用作植入物(特别是用作神经引导导管(NGC))的聚合物支架。用本专利技术的纤维聚合物材料制备的聚合物支架具有优异的性能，这使得它们特别适合用作NGC。特别地，本专利技术的聚合物支架具有非常好的抗伸长性，与天然神经相当。此外，它们在永久变形之前显示出有趣的弹性，并且比用较不复杂的丝心蛋白材料制备的聚合物支架更不易碎。在第一实施方案中，本专利技术涉及纤维聚合物材料，包含第一层的对齐的丝心蛋白纤维；第二层的丝心蛋白纤维，其中，在所述第二层内丝心蛋白纤维随机地取向；第三层的对齐的丝心蛋白纤维；在本专利技术的上下文中，“对齐的丝心蛋白纤维的层”是指含丝心蛋白纤维的层，其中，大部分丝心蛋白纤维(即大于90％，优选大于95％的丝心蛋白纤维)，在所述层内彼此平行。术语平行不应严格地解释，并且应当理解，当它们各自的方向形成小于10弧度的角度时，仍然可以认为两个丝心蛋白纤维是平行的。在本专利技术的上下文中，应该理解的是，第一、第二和第三层按此顺序组织在纤维聚合物材料中。在本专利技术的上下文中，丝心蛋白可以例如从诸如蚕(例如来自Bombyxmori、Anthéroea和Anthéroea物种的蚕)的鳞翅目幼虫(Lepidopteranlarvae)、蛾(例如来自天蚕蛾属(Antheraea)、大蚕蛾属(Cricula)、樗蚕蛾属(Samia)和枯叶蛾属(Gonometa)的蛾)、蜘蛛、蚂蚁或蜜蜂产生的丝中获得。优选地，在本专利技术中使用的丝心蛋白来自蚕，优选选自由Bombyxmori、Anthéroea和Anthéroea组成的列表中物种的蚕，但优选来自Bombyxmori。生丝由两种主要蛋白质组成，丝胶蛋白和丝心蛋白，丝心蛋白可以通过处理丝除去丝胶蛋白而获得。通常，使用简单的基于碱或酶的脱胶方法从丝中纯化丝心蛋白(Kundueta1.,AdvancedDrugDeliveryReviews,65(4):457-470,2013)。对齐的纤维的层和随机排列的纤维的层可以使用本领域已知的方法通过静电纺丝获得，例如Wittmer等人的详细描述(ActaBiomater.；7(10):3789—95；2011)的。有利地，丝心蛋白纤维的直径为100nm至900nm，优选为250nm至650nm。优选地，本专利技术的纤维聚合物材料为片(sheet)形状。有利地，本专利技术的纤维聚合物材料的厚度为0.05-0.15mm，但优选为0.07-0.1mm。优选地，在本专利技术的材料中，所有三个层具有相同的厚度。已经表明，功能化的丝纤维能帮助促进中枢神经系统中的轴突再生。在一个有利的实施方案中，纤维聚合物材料通过添加至少一种生物分子而功能化，所述生物分子优选选自由神经生长因子(NGF)、睫状神经营养因子(CNTF)和表皮生长因子(EGF)、神经营养因子3(NT-3)、脑源性神经营养因子(BDNF)和神经营养因子4/5(NT-4/5)组成的列表。这种功能化纤维聚合物材料的制备可以使用本领域已知的方法进行，例如Wittmer(AdvFunctMater.,21(22):4202；2011)或Dinis等人所公开的方法(PLoSOne.,9(10):e109770,2014)。...

【技术保护点】
1.一种纤维聚合物材料，包括：/n第一层的对齐的丝心蛋白纤维；/n第二层的丝心蛋白纤维，其中，在所述第二层内所述丝心蛋白纤维随机地取向；/n第三层的对齐的丝心蛋白纤维。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170712 EP 17305917.11.一种纤维聚合物材料，包括：
第一层的对齐的丝心蛋白纤维；
第二层的丝心蛋白纤维，其中，在所述第二层内所述丝心蛋白纤维随机地取向；
第三层的对齐的丝心蛋白纤维。


2.权利要求1所述的纤维聚合物材料，其中，所述丝心蛋白来自蚕，优选选自由Bombyxmori、Anthéroea和Anthéroea组成的列表中物种的蚕，但优选来自Bombyxmori。


3.权利要求1或2所述的纤维聚合物材料，其中，所述丝心蛋白纤维的直径为100nm至900nm，优选为250nm至650nm。


4.权利要求1至3中任一项所述的纤维聚合物材料，其中，所述纤维聚合物材料通过添加至少一种生物分子而功能化，所述生物分子优选选自由神经生长因子(NGF)、睫状神经营养因子(CNTF)和表皮生长因子(EGF)、神经营养因子3(NT-3)、脑源性神经营养因子(BDNF)和神经营养因子4/5(NT-4/5)组成的列表。


5.生产根据权利要求1至4中任一项所述的纤维聚合物材料的方法，包括制备丝心蛋白和聚(环氧乙烷)的溶液，并通过对所述溶液静电纺丝形成丝心蛋白纤维。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法包括：
制备丝心蛋白的溶液，其中，所述溶液包含4％-15％的丝心蛋白，并进一步包含聚(环氧乙烷)，以及；
通过对所述溶液静电纺丝形成丝心蛋白纤维，其中：
a)首先以高于2000RPM的收集器转速分散所述溶液，以产生对齐的纤维的层，
b)然后以小于1000RPM的收集器转速分散所述溶液，以产生随机地组织的纤维的层，以及；
c)最后，在与步骤a)相同的条件下分散所述溶液。


7.一种聚合物支架，其包括权利要求1所述的纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯纳德·德沃切乐，安妮·埃布罗，居伊·施拉特，凯拉·贝朗格，克里斯多夫·易格思，
申请(专利权)人：贡比涅技术大学，国家科学研究中心，斯特拉斯堡大学，亚眠大学，亚眠皮卡第大学医学中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR