一种温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶及其制备方法和应用，属于医用可注射骨修复材料制备技术领域。所述制备方法为1)通过共沉淀合成水滑石纳米片；2)制备负载骨形态发生蛋白2的水滑石复合材料；3)制备壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶；4)将血小板衍生生长因子与壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶结合，然后与负载骨形态发生蛋白2的水滑石复合材料溶液进行共混，再加入β

【技术实现步骤摘要】
一种温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及医用可注射骨修复材料制备
，尤其涉及一种温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]长期以来，血管和骨细胞之间在骨愈合中的物理和生化耦合关系已被认识到。因此，在骨修复领域开发性能更好的生物材料，最重要和最具挑战性的任务是协调骨修复领域。在血管形成中，血小板衍生生长因子(PDGF
‑
BB)作为血管形成的重要生长因子发挥着重要作用，其可以靶向间充质干细胞，促进新血管的生成，并维持新生血管的稳定性。而骨形态发生蛋白2(BMP
‑
2)由于其优异的成骨分化特性已被广泛用作骨科疾病的治疗，如腰椎前路椎间融合、胫骨骨折等，但无论是临床实践中还是基础研究中，为了有效维持诱导成骨分化的水平，通常给予超生理剂量的生长因子，这会导致意想不到的临床并发症，如异位骨形成、囊样组织形成、神经损伤、肿瘤形成和严重炎症。
[0003]目前，已经开发了基于生物材料的策略，通过非共价或共价生长因子固定来控制生长因子的螯合和释放，以减少其剂量并控制其局部作用。通常，因为共价固定对受体结合和生长因子内化的负面影响，这种方式在材料制备中不太常见。在生物材料制备过程中运送BMP
‑
2最常见的方式是物理吸附，但需要注意的是，BMP
‑
2的物理吸附通常存在装载效率低、释放快、分子聚集和生长因子变性等缺点。此外，生长因子可以通过氢键、范德华力、静电力等非共价方式与生物材料结合来延迟生长因子的扩散。与大多数生长因子一样，BMP
‑
2(等电点＝9.15)和PDGF
‑
BB(等电点＝9.39)带有净正电荷。根据先前的报道，带正电荷的生长因子可以与GAG链的带负电荷的N
‑
/O
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硫酸盐和羧酸盐之间的相互作用，生长因子可以与糖胺聚糖(如透明质酸、肝素和硫酸软骨素)表现出很强的结合亲和力。例如，硫酸软骨素(ChS)是线性和带负电荷的多糖，其带负电荷的硫酸基团与带正电荷的生长因子相互结合。
[0004]水凝胶是一种可保留大量水分的3D结构生物材料，其独特的三维结构使其在生物医学领域具有广泛应用，特别是对于药物的输送以及一些组织工程方面的研究。与植入物支架相比，可注射型的水凝胶可以通过微创注射的方式来填充体内不规则的缺损形状而不需要预成型来植入。其中，一些热响应可注射水凝胶具有在生理温度下转换其构象(溶胶
‑
凝胶)的独特能力，同时确保高孔隙率，这有利于血管形成，以及信号分子或生长因子的交换以刺激组织修复和再生。
[0005]壳聚糖作为一种天然聚合物，当与甘油磷酸盐复合时，可以形成热响应可注射水凝胶，该水凝胶也被用于与其他生物材料(如丝素蛋白、羟基磷灰石等材料)结合，用来增强水凝胶的复合性能，从而更好地修复受损组织。
[0006]因此，如何公开一种生长因子分层固定的温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶材料，避免因给予超生理剂量的生长因子而导致的临床并发症，克服BMP
‑
2的物理吸附存在的装载效率低、释放快、分子聚集和生长因子变性等缺点，是本领域亟待解决的难
题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶及其制备方法和应用，以避免因给予超生理剂量的生长因子而导致的临床并发症，克服BMP
‑
2的物理吸附存在的装载效率低、释放快、分子聚集和生长因子变性等缺点。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0010]1)将镁锶铁盐溶液、含甲酰胺的硝酸钠溶液和碱性溶液混合，进行共沉淀合成水滑石纳米片；
[0011]2)将骨形态发生蛋白2溶液与硫酸软骨素溶液混合，进行结合，再加入水滑石纳米片溶液进行共混结合，离心后得到负载骨形态发生蛋白2的水滑石复合材料；
[0012]3)在乙酸水溶液中，将壳聚糖、丝素蛋白粉末和水滑石纳米片进行低温共混，然后加入预冷的β
‑
甘油磷酸钠溶液进行混合，制备得到壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶；
[0013]4)将血小板衍生生长因子溶液与壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶混合，进行结合，然后与负载骨形态发生蛋白2的水滑石复合材料溶液进行共混，再加入β
‑
甘油磷酸钠溶液，最终形成温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶；
[0014]其中，步骤2)和步骤3)不分先后顺序。
[0015]优选的，步骤1)中所述镁锶铁盐溶液由镁盐、锶盐、铁盐和水混合制备得到；
[0016]镁盐、锶盐、铁盐分别为镁、锶、铁的硝酸盐或者氯盐；
[0017]所述镁锶铁盐溶液中镁盐、锶盐、铁盐的总浓度为20～40mmol/L；
[0018]所述镁锶铁盐溶液中镁离子、锶离子和铁离子的摩尔比为0.8～3.2:0.2～0.8:0.5～2；
[0019]所述含甲酰胺的硝酸钠溶液为含甲酰胺的硝酸钠水溶液；甲酰胺的浓度为4～6mol/L，硝酸钠的浓度为9～12mmol/L；
[0020]所述碱性溶液包含氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，浓度为0.25～0.35mmol/mL。
[0021]优选的，步骤1)中，所述混合的方式为：将所述镁锶铁盐溶液和碱性溶液滴加至所述含甲酰胺的硝酸钠溶液中；
[0022]所述镁锶铁盐溶液的滴加速度为1～3μL/s；
[0023]所述碱性溶液的滴加速度为1～3μL/s；
[0024]所述共沉淀的气氛为保护气氛，溶液pH值为9～10，温度为75～85℃。
[0025]优选的，步骤2)中，硫酸软骨素溶液为硫酸软骨素的水溶液，浓度为0.08～0.12mg/mL；
[0026]骨形态发生蛋白2溶液为骨形态发生蛋白2的PBS缓冲液溶液，骨形态发生蛋白2溶液的浓度为0.08～0.12mg/mL；
[0027]水滑石纳米片溶液为水滑石纳米片的水溶液，浓度为0.8～1.2mg/mL；
[0028]水滑石纳米片溶液、硫酸软骨素溶液和骨形态发生蛋白2溶液的体积比为8～12：
0.5～1.5：0.05～0.15；
[0029]优选的，步骤2)中，所述离心的速率为8000～10000rpm。
[0030]优选的，步骤3)中乙酸水溶液浓度为0.08～0.12mol/L；
[0031]所述低温为0～4℃；
[0032]在步骤3)最终得到的体系中，壳聚糖的质量浓度为10～30g/L，丝素蛋白的质量浓度为5～15g/L，水滑石纳米片的质量浓度为0.0125～40g/L；
[0033]加入的预冷的β
‑
甘油磷酸钠溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将镁锶铁盐溶液、含甲酰胺的硝酸钠溶液和碱性溶液混合，进行共沉淀合成水滑石纳米片；2)将骨形态发生蛋白2溶液与硫酸软骨素溶液混合，进行结合，再加入水滑石纳米片溶液进行共混结合，离心后得到负载骨形态发生蛋白2的水滑石复合材料；3)在乙酸水溶液中，将壳聚糖、丝素蛋白粉末和水滑石纳米片进行低温共混，然后加入预冷的β
‑
甘油磷酸钠溶液进行混合，制备得到壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶；4)将血小板衍生生长因子溶液与壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶混合，进行结合，然后与负载骨形态发生蛋白2的水滑石复合材料溶液进行共混，再加入β
‑
甘油磷酸钠溶液，最终形成温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶；其中，步骤2)和步骤3)不分先后顺序。2.根据权利要求1所述的温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述镁锶铁盐溶液由镁盐、锶盐、铁盐和水混合制备得到；镁盐、锶盐、铁盐分别为镁、锶、铁的硝酸盐或者氯盐；所述镁锶铁盐溶液中镁盐、锶盐、铁盐的总浓度为20～40mmol/L；所述镁锶铁盐溶液中镁离子、锶离子和铁离子的摩尔比为0.8～3.2:0.2～0.8:0.5～2；所述含甲酰胺的硝酸钠溶液为含甲酰胺的硝酸钠水溶液；甲酰胺的浓度为4～6mol/L，硝酸钠的浓度为9～12mmol/L；所述碱性溶液包含氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，浓度为0.25～0.35mmol/mL。3.根据权利要求1或2所述的温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述混合的方式为：将所述镁锶铁盐溶液和碱性溶液滴加至所述含甲酰胺的硝酸钠溶液中；所述镁锶铁盐溶液的滴加速度为1～3μL/s；所述碱性溶液的滴加速度为1～3μL/s；所述共沉淀的气氛为保护气氛，溶液pH值为9～10，温度为75～85℃。4.根据权利要求3所述的温敏可注射壳聚糖/丝素蛋白/水滑石复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2)中，硫酸软骨素溶液为硫酸软骨素的水溶液，浓度为0.08～0.12mg/mL；骨形态发生蛋白2溶液为骨形态发生蛋白...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁习生，梁瑞政，吕泽辉，王冠云，卞一鑫，蔡雪洁，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：