一种负载外泌体的金属基植入材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种负载外泌体的金属基植入材料及其制备方法和应用。包括金属基体、钙磷酸盐转化膜、表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体，金属基体的表面覆盖钙磷酸盐转化膜，钙磷酸盐转化膜与表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体连接，聚乙二醇化磷脂亲水端与钙磷酸盐转化膜形成Ca

【技术实现步骤摘要】
一种负载外泌体的金属基植入材料及其制备方法和应用
本专利技术属于生物医用金属材料表面改性
，具体涉及一种负载外泌体的金属基植入材料及其制备方法和应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。在牙科、骨科等领域，金属基植入材料是常用的承重部位硬组织修复或替换材料。为了使金属与人骨表面发生骨性结合，往往需要对材料进行表面改性，以提高其生物活性。随着种植适用症的不断扩大，对于较为复杂的临床病例，尤其对患有糖尿病、骨质疏松症的患者而言，由于骨缺损局部骨代谢紊乱，成骨细胞活性降低，严重妨碍了植入后材料表面的骨整合。利用生物活性因子修饰材料可迅速提高材料表面生物活性。然而临床应用中发现，较高浓度的人重组骨形态发生蛋白会引起并发症甚至导致肿瘤发生，而且大多数生物活性因子存在半衰期短、免疫原性高且稳定性差等缺陷，活性因子的递送、剂量和价格也是其应用的障碍。因此迫切需要新的策略提高骨质疏松环境下骨缺损部位金属植入材料表面的骨长入能力。近年来，携带有特异性功能蛋白质和核酸的细胞外囊泡——外泌体，具有低免疫原性、较长半衰期以及高稳定性等特点，引起了研究人员的关注。众多研究表明，细胞分泌的外泌体具有促进细胞增殖分化、调节免疫等功能，依靠其内含的蛋白质和核酸，尤其是mi-RNA，在成骨细胞、破骨细胞和骨髓基质细胞之间的细胞间通讯中发挥至关重要的作用。因此，利用外泌体修饰金属基植入材料表面，可显著缩短植入体表面骨整合时间，对于骨科领域金属基植入材料在促进骨再生和血管新生方面具有极大的应用前景和价值。专利技术人发现，国内外目前关于外泌体的修饰多聚焦于聚合物基质，而对于金属材料结合外泌体的报道非常少，主要是缺乏金属表面有效固定外泌体的手段和方法。金属表面一般通过静电作用可吸附少量生物大分子，但这种物理结合效率很低，而且吸附作用极不稳定。也有学者利用聚多巴胺薄膜作为连接材料和功能分子活性基团的过渡层，但是聚多巴胺薄膜无法提供粗糙表面或微纳尺度结构以增加外泌体的结合量。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种负载外泌体的金属基植入材料及其制备方法和应用。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：第一方面，一种负载外泌体的金属基植入材料，包括金属基体、钙磷酸盐转化膜、表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体，金属基体的表面覆盖钙磷酸盐转化膜，钙磷酸盐转化膜与表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体连接，聚乙二醇化磷脂亲水端与钙磷酸盐转化膜形成Ca2+-O-PEG络合物，聚乙二醇化磷脂疏水端与外泌体的磷脂双分子结构层结合。金属基体的外表面覆盖钙磷酸盐转化膜层，钙磷酸盐转化膜层的外表面覆盖聚乙二醇化磷脂层，聚乙二醇化磷脂层的外表面覆盖一层外泌体层。金属基植入材料是基底材料，钙磷酸盐转化膜是涂层材料，外泌体为纳米级囊泡，聚乙二醇磷脂是两亲性分子，它其实是形成胶束，将外泌体封装起来的，然后与磷酸钙膜层形成络合物。金属基植入材料的形状不限。本专利技术通过金属基植入材料表面含钙磷酸盐转化膜可固定经聚乙二醇化磷脂修饰的外泌体。聚乙二醇(PEG)化磷脂对细胞表面具有修饰作用，其脂质端能通过疏水作用固定在细胞的磷脂双分子层上，而不破坏膜结构。而且聚乙二醇化磷脂对细胞无毒性，可从细胞表面释放而不引起细胞内吞。另一方面，聚乙二醇化磷脂溶于水可形成PEG-OH键，与Ca2+可产生络合作用，形成Ca2+-O-PEG络合物。金属基材料表面含钙磷酸盐转化膜一方面可为络合PEG提供Ca2+，另一方面，可提供微纳尺度和粗糙表面来提高外泌体的结合比表面积。外泌体具有与细胞膜类似的典型磷脂双层结构。第二方面，上述负载外泌体的金属基植入材料的制备方法，所述方法具体步骤为：将金属基体浸泡于含有磷源和钙源、氧化性促进剂的磷酸盐化学转化液中，得到金属表面覆盖钙磷酸盐转化膜的金属植入材料；分别制备外泌体悬液、聚乙二醇化磷脂溶液，并将外泌体悬液和聚乙二醇化磷脂溶液混合，孵育后得到表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体混合溶液；将表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体混合溶液滴加在覆盖钙磷酸盐转化膜的金属基体的表面，孵育后得到负载外泌体的金属基植入材料。第三方面，上述负载外泌体的金属基植入材料在牙科、骨科领域中的应用。上述一个或多个技术方案的有益技术效果：本专利技术公开了一种金属基体表面稳定固定外泌体的方法，且通过金属表面含钙磷酸盐转化膜的微纳尺度和粗糙表面能够提高外泌体的负载量，能够有效解决金属表面难以高效固定外泌体的问题。利用本专利技术方法可以制备出负载外泌体的金属基植入材料，赋予材料表面特异性蛋白质、miRNA等生物活性因子，可以显著促进金属基植入材料表面生物活性和骨再生能力。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为一种负载外泌体的金属基植入材料的结构示意图，(a)为外泌体封装于聚乙二醇化磷脂胶束的结构示意图，(b)为金属基底材料表面含钙磷酸盐转化膜层结合聚乙二醇化磷脂修饰的外泌体的结构示意图；图2为纯钛基底表面微纳结构的羟基磷灰石转化膜负载外泌体的表面形貌图；图3为成骨细胞在纯钛(bareTi)和固定外泌体的钛样本(Exo-Ti)表面培养不同时间的细胞计数情况；图4为成骨细胞在纯钛(bareTi)和固定外泌体的钛样本(Exo-Ti)表面矿化过程中碱性磷酸酶(ALP)活性检测结果；图5为成骨细胞在纯钛(bareTi)和固定外泌体的钛样本(Exo-Ti)表面培养7天和14天后成骨相关基因表达结果。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。第一方面，一种负载外泌体的金属基植入材料，包括金属基体、钙磷酸盐转化膜、表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体，金属基体的表面覆盖钙磷酸盐转化膜，钙磷酸盐转化膜与表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体连接，聚乙二醇化磷脂亲水端与钙磷酸盐转化膜形成Ca2+-O-PEG络合物，聚乙二醇化磷脂疏水端与外泌体的磷脂双分子结构层结合。本专利技术通过金属基体表面含钙磷酸盐转化膜可固定经聚乙二醇化磷脂修饰的外泌体。如图1所示，聚乙二醇(PEG)化磷脂对细胞表面具有修饰作用，其脂质端能通过疏水作用固定在细胞的磷脂双分子层上，而不破坏膜结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载外泌体的金属基植入材料，其特征在于：包括金属基体、钙磷酸盐转化膜、表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体，金属基体的表面覆盖钙磷酸盐转化膜，钙磷酸盐转化膜与表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体连接，聚乙二醇化磷脂亲水端与钙磷酸盐转化膜形成Ca

【技术特征摘要】
1.一种负载外泌体的金属基植入材料，其特征在于：包括金属基体、钙磷酸盐转化膜、表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体，金属基体的表面覆盖钙磷酸盐转化膜，钙磷酸盐转化膜与表面修饰聚乙二醇化磷脂的外泌体连接，聚乙二醇化磷脂亲水端与钙磷酸盐转化膜形成Ca2+-O-PEG络合物，聚乙二醇化磷脂疏水端与外泌体的磷脂双分子结构层结合。


2.如权利要求1所述的负载外泌体的金属基植入材料，其特征在于：金属基体包括钛及其合金、镁及其合金、316L不锈钢或锌合金。


3.如权利要求1所述的负载外泌体的金属基植入材料，其特征在于：含钙磷酸盐转化膜的物相成分包括以下一种或几种：羟基磷灰石、磷酸钙、磷酸氢钙、磷酸锌钙。


4.如权利要求1所述的负载外泌体的金属基植入材料，其特征在于：外泌体包括骨髓间充质干细胞来源外泌体、脂肪间充质干细胞来源外泌体、成骨细胞来源外泌体、成肌细胞来源外泌体或内皮细胞来源外泌体。


5.如权利要求1所述的负载外泌体的金属基植入材料，其特征在于：聚乙二醇化磷脂为二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇、二肉豆蔻酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇、二棕榈酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇。


6.如权利要求1-5任一所述的负载外泌体的金属基植入材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
将金属基体浸泡于含有磷源和钙源、氧化性促进剂的磷酸盐化学转化液中，得到金属表面覆盖钙磷酸盐转化膜的金属基体；
分别制备外泌体悬液、聚乙二醇化磷脂溶液，并将外泌体悬液和聚乙二醇化磷脂溶液混合，孵育后得到表面修饰聚乙二醇的外泌体混合溶液；
将表面修饰聚乙二醇的外泌体混合溶液滴加在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冰，吕宇鹏，肖桂勇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37