一种促进干细胞成肌腱分化的力学活性纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种促进干细胞成肌腱分化的力学活性纤维及其制备方法，包括：对电纺取向纤维进行拉伸塑型处理使其具有形状记忆功能和力学活性。本发明专利技术中利用受限回复时形状记忆效应(SME)产生的力学刺激诱导种植在力学活性纤维基底上的干细胞成肌腱分化。本发明专利技术可丰富干细胞向肌腱细胞分化的方法策略，增强和促进形状记忆聚合物纤维材料在肌腱组织工程中的应用功效与临床转化。应用功效与临床转化。应用功效与临床转化。

【技术实现步骤摘要】
一种促进干细胞成肌腱分化的力学活性纤维及其制备方法


[0001]本专利技术属于组织工程材料领域，特别涉及一种促进干细胞成肌腱分化的力学活性纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]肌腱组织工程通常利用干细胞技术和仿生天然肌腱组织的生物材料支架治疗各种肌腱损伤和疾病。然而，干细胞的成腱分化是影响肌腱修复成功与否的关键。天然肌腱是由平行排列的胶原纤维束组成，这种平行纤维结构利于实现肌肉和骨之间有效的应力传递。基于取向排列的电纺纤维能够模拟肌腱组织的平行排列的超细纤维结构，因此近年来已广泛用于肌腱组织工程支架的构建。虽然取向纤维的拓扑结构已被证明可以诱导干细胞成肌腱分化，但这种方法效率低下，且容易发生分化表型偏移(Yang et.al.,Biomaterials 2005,26,2603
‑
2610；Morezet.al.,Biomaterials 2015,70,94
‑
104)。
[0003]为了提高分化效率，有研究者利用拓扑结构与生化信号相结合的方法(Zhang et.al.,Acta Biomater.2018,66,141
‑
156；Leung et.al.,J.Mater.Chem.B.2013,1,6516；Wu et.al.,Materials Science&Engineering C,2020,106,110268)，但存在价格昂贵，不利于推广使用等缺点。考虑到肌腱是一类力学敏感组织，使用力学信号作为一种介入手段将可以有效提高干细胞的成肌腱分化效率。然而，传统的力学刺激需要依赖于复杂的生物反应器提供外源性的力学信号(Garcia et.al.,J.Biomed.Mater.Res.A 2021,109,1881
‑
1892；Rinoldi et.al.,ACS Biomater.Sci.Eng.2019,5,2953
‑
2964)，在体施加力学刺激不太可能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种促进干细胞成肌腱分化的力学活性纤维及其制备方法。
[0005]本专利技术的一种力学活性取向纤维的制备方法，包括：
[0006](1)将聚合物取向纤维进行拉伸、固定、回复，并重复该步骤；
[0007](2)再进行拉伸、固定，得到具有形状记忆效应的力学活性取向纤维。
[0008]上述制备方法的优选方式如下：
[0009]所述聚合物取向纤维为电纺聚合物取向纤维。
[0010]所述聚合物为可通过编程处理(如拉伸、固定、回复)获得形状记忆功能的聚合物。
[0011]所述步骤(1)中取向纤维以聚合物的纺丝液，通过稳定射流电纺丝技术获得。
[0012]所述聚合物的纺丝液质量体积浓度为10
‑
12％。
[0013]所述稳定射流电纺丝技术具体工艺参数为：PLCL质量体积浓度为10
‑
12％，PEO质量体积浓度为0.3
‑
0.5％，纺丝速率为0.5
‑
0.8mL/h，纺丝电压为5
‑
8kV，滚筒接收速率为1000
‑
1100r/min，接收距离为15
‑
20cm，接收时间为8
‑
10h。
[0014]所述PLCL聚合物的玻璃化转变温度为38
‑
45℃。
[0015]所述聚合物包括但不限于乳酸
‑
己内酯PLCL共聚物、聚乳酸PLAs、聚(乳酸
‑
乙醇酸)共聚物PLGA、聚(乳酸
‑
碳酸酯)共聚物PLMC、聚氨酯PU、聚(甘油
‑
十二烷二酸酯)共聚物PGD中的一种或几种。
[0016]聚合物选自可制备电纺纤维的、可通过编程处理获得形状记忆功能的、形状记忆转变温度在细胞可承受范围内的聚合物，本专利技术以PLCL(乳酸与己内酯比例为90:10，激发形状记忆效应的转化温度为39℃)为例进行描述。
[0017]所述步骤(1)中重复次数为0～10次。
[0018]所述步骤(1)、(2)中拉伸在高于纤维形状记忆转变温度(也即聚合物的玻璃化转变温度)的热环境中进行，拉伸至80
‑
100％应变。
[0019]所述步骤(1)、(2)中拉伸在高于纤维玻璃化转变温度如39
‑
40℃的热环境中进行，拉伸至80
‑
100％应变；固定在低温环境(0
‑
4℃)中进行，固定时间为3
‑
5min；
[0020]所述步骤(1)中回复条件为40
±
1℃的热水浴中放置3
‑
5min。
[0021]所述热环境为热水浴，温度为40
±
1℃；低温环境为0℃冰水浴。
[0022]本专利技术的一种所述方法制备的力学活性取向纤维。
[0023]本专利技术的一种所述力学活性取向纤维在制备仿生纤维基肌腱组织工程支架中的应用。
[0024]本专利技术的一种所述力学活性取向纤维在制备诱导干细胞向肌腱细胞分化支架中的应用。
[0025]本专利技术所要解决的核心问题是围绕提高基于电纺取向纤维的干细胞成肌腱分化的效率，而开发一种能够给干细胞提供原位力学刺激的具有力学活性的取向电纺纤维的制备方法。利用形状聚合物产生的SME特性触发形状回复过程，在受限回复情况下引起纤维绷紧带来的应力硬化(Stress
‑
stiffening)效应，可以在纤维基底的取向拓扑结构的基础上，实现引入原位施加的力学刺激作用，从而促进电纺纤维对干细胞成肌腱分化的诱导作用。
[0026]本文中受限回复就是固定经塑型处理的纤维两端以便在有形状回复热刺激时纤维不能实现回复从而产生一种绷紧效应缩，可以用任何可限制纤维回复的工具，本专利技术使用的是特制的金属夹具(图1所示)。
[0027]本专利技术中通过电纺法(Electrospinning)制备取向纤维，然后经过拉伸塑型赋予纤维形状记忆功能和力学活性，最后在受限回复的情况下利用SME产生的力学刺激诱导干细胞向肌腱细胞分化。其中受限回复使用的夹具，不限于如图1所示的受限回复固定方法。
[0028]力学活性指代经拉伸塑型后纤维所具有的产生形状回复力的能力。
[0029]本专利技术中通过稳定射流电纺丝技术(Yuan et.al.,J.Mater.Chem.2012,22,19634)制备取向PLCL纤维(命名为S0)，采用“拉伸
‑
固定
‑
回复”及再拉伸和固定的塑型过程，多次(如本专利技术以0、3、7次为例进行表述)循环回复和再拉伸固定后，得到形状回复力大小不同的3组具有力学活性的取向纤维S1、S4、S8(如图2和图3所示)。
[0030]以人脂肪源干细胞(ADSCs)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种力学活性取向纤维的制备方法，包括：(1)将聚合物取向纤维进行拉伸、固定、回复，并重复该步骤；(2)再进行拉伸、固定，得到具有形状记忆效应的力学活性取向纤维。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的取向纤维以聚合物的纺丝液，通过稳定射流电纺丝技术获得。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述聚合物的玻璃化转变温度为39
‑
45℃。4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述聚合物为乳酸
‑
己内酯PLCL共聚物、聚乳酸PLAs、聚(乳酸
‑
乙醇酸)共聚物PLGA、聚(乳酸
‑
碳酸酯)共聚物PLMC、聚氨酯PU、聚(甘油
‑
十二烷二酸酯)共聚物PGD中的一种或几种。5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中重复次...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦中，郭煦然，王先流，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：