可注射掺锂生物活性玻璃-GelMA水凝胶的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于医用生物材料应用技术领域，具体涉及一种可注射掺锂生物活性玻璃

【技术实现步骤摘要】
可注射掺锂生物活性玻璃
‑
GelMA水凝胶的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于医用生物材料应用
，具体涉及一种可注射掺锂生物活性玻璃
‑
GelMA水凝胶的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]糖尿病患者骨折后骨骼修复能力严重受损，经常导致骨不连、延迟愈合和骨缺损，目前仍缺乏有效的方法来解决这一问题。
[0003]基于生物材料的骨重建工具具有广阔的应用前景。然而，只有少数生物材料是专门为糖尿病骨缺损设计的。介孔生物玻璃纳米颗粒(mesoporous bioglass nanoparticle,MBN)是骨组织工程中的一种无机材料，释放硅、钙等促成骨离子，具有良好的骨传导性、骨诱导性、更大的比表面积、更高的载药量和更好的释药性能。因此，它被用作药物输送载体或生物注射材料。
[0004]但是，MBN没有考虑骨免疫调节，导致糖尿病微环境中缺乏调节慢性炎症的能力，无法有效促进骨再生。此外，由于其物理特性，难以固定在缺损部位。因此，亟需对MBN进行改性和性能优化，使其能够有利于糖尿病条件下的骨修复。
[0005]锂(Lithium,Li)是人体内一种重要的微量营养素，同时它也是一类经典的精神疾病治疗用药。近年来，其在骨科领域的应用效果及机制受到越来越多的关注。研究表明，氯化锂(Lithium Chloride,LiCl)可能通过抑制破骨细胞分化来预防和治疗磨屑诱导的骨溶解。此外，还探讨了LiCl在纳米钛颗粒刺激下调节巨噬细胞极化和促进成骨方面的作用。也有报道称，5％浓度的LiCl可以有效地抑制炎症。然而，到目前为止，关于Li在糖尿病微环境中的免疫调节作用及其对骨髓间充质干细胞成骨和血管生成分化潜能的影响，目前还知之甚少。此外，金属离子与MBN的结合方式、结合浓度的选择以及释放金属离子的稳定性还需要进一步探索，因此，亟需专利技术一种新的医用生物材料。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决上述技术问题，提供了一种可注射GM/M
‑
Li水凝胶制备方法及应用。通过原位注射光固化，使得离子得以持续释放以调节和控制炎症，从而增强成骨和成血管的能力，实现骨重建。
[0007]具体的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]本专利技术第一个方面公开了一种GM/M
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Li水凝胶，所述GM/M
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Li水凝胶通过将锂负载到介孔生物活性玻璃并包裹在甲基丙烯酰胺水凝胶中制备得到。
[0009]优选的，所述GM/M
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Li水凝胶的制备方法包括：
[0010]S1：制备GelMA：向明胶溶液中缓慢注入甲基丙烯酸酐进行反应，待反应完全后加入缓冲液终止反应，得到GelMA溶液，透析后冷冻干燥得到GelMA；
[0011]S2：制备M
‑
Li介孔生物玻璃：将CTAB与Tris
‑
HCl溶液混合至溶液透明后，加入正硅酸酯、钙盐、磷酸酯和氯化锂搅拌充分后，离心收集沉淀；接着将沉淀粉碎、煅烧，得到M
‑
Li；
[0012]S3：将GelMA加入到光引发剂中得到GelMA预聚体溶液；将M
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Li加入GelMA预聚体溶液中充分震荡后得到GM/M
‑
Li水凝胶预聚体溶液，在紫外光下固化得到GM/M
‑
Li水凝胶。
[0013]应当理解，本专利技术中所述GM/M
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Li水凝胶的制备方法并不限于上述步骤，在S1之前，S1和S2之间，S2和S3之间，S3之后还可以包括其他额外的步骤，且均在本专利技术的保护范围之内。
[0014]优选的，其特征在于，在S1中，将明胶溶于缓冲液中，充分搅拌至完全溶解得到明胶溶液，随后以(0.2
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0.4)mL/min的速率往明胶溶液中滴加甲基丙烯酸酐进行反应，待反应完全后加入缓冲液终止反应，得到GelMA溶液，透析后冷冻干燥得到GelMA。
[0015]在本专利技术的一些具体实施例中，以0.25mL/min的速率往明胶溶液中滴加甲基丙烯酸酐进行反应。
[0016]步骤S1中，涉及到的反应式如下(I)所示：
[0017][0018]更优选的，使用预热至45
‑
55℃的缓冲液终止反应。
[0019]优选的，在S2中，所述正硅酸酯为正硅酸乙酯；所述磷酸酯为磷酸三酯；所述钙盐为四水硝酸钙。
[0020]优选的，在S3中，所述光引发剂为LAP。
[0021]应当理解，本专利技术中的光引发剂并不限于LAP，本领域技术人员可以根据需要选择任意合适的光引发剂，且均在本专利技术的保护范围之内。
[0022]优选的，在S3中，GelMA与光引发剂的质量体积比为4％
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6％。
[0023]本专利技术第二个方面公开了一种医用生物材料，所述医用生物材料包括上述的GM/M
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Li水凝胶。
[0024]本专利技术第三个方面公开了上述的GM/M
‑
Li水凝胶或上述的医用生物材料在医学领域中的应用。
[0025]优选的，所述应用为糖尿病性骨缺损领域中的应用。
[0026]本专利技术带来技术效果是：对制备的GM/M
‑
Li水凝胶进行表面特征分析提示制备成功；体外细胞实验证明GM/M
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Li水凝胶具有促进骨髓间充质干细胞(Bone mesenchymal cells,BMSCs)粘附、增殖、向成骨分化；促进人脐静脉血管内皮细胞(Human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)成血管；调节巨噬细胞极化状态。体内实验利用大鼠股骨髁骨缺损模型证明GM/M
‑
Li水凝胶促进骨重建、血管修复以及减轻局部炎症。
[0027]1、表征检测
[0028]三组样品的扫描电镜表征观察，可以看到三组水凝胶具有多孔结构。其中，GelMA组材料表面光滑，而GM/M和GM/M
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Li水凝胶表面均有颗粒物质，表明生物玻璃成功加载到水凝胶中。利用透射电镜和小角度X射线衍射(Small
‑
angle X
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ray diffraction,SA
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XRD)分析的生物玻璃呈现出了有序的介孔结构。在离子释放实验中，GM/M测得硅(Si)离子，GM/M
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Li组测得Si、Li离子，证明Li成功修饰到生物玻璃中，并通过GelMA水凝胶得到释放。
[0029]2、体外结果：
[0030]细胞增殖实验(Cell counting kit
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8,CCK
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8)表明，GM/M和含有5％LiCl的GM/M
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Li水凝胶的细胞增殖相较其他组增加明显。扫描电镜(Scanning electronmicroscope,SE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GM/M
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Li水凝胶，其特征在于，所述GM/M
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Li水凝胶通过将锂负载到介孔生物活性玻璃并包裹在甲基丙烯酰胺水凝胶中制备得到。2.根据权利要求1所述的GM/M
‑
Li水凝胶，其特征在于，所述GM/M
‑
Li水凝胶的制备方法包括：S1：制备GelMA：向明胶溶液中缓慢注入甲基丙烯酸酐进行反应，待反应完全后加入缓冲液终止反应，得到GelMA溶液，透析后冷冻干燥得到GelMA；S2：制备M
‑
Li介孔生物玻璃：将CTAB与Tris
‑
HCl溶液混合至溶液透明后，加入正硅酸酯、钙盐、磷酸酯和氯化锂搅拌充分后，离心收集沉淀；接着将沉淀粉碎、煅烧，得到M
‑
Li；S3：将GelMA加入到光引发剂中得到GelMA预聚体溶液；将M
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Li加入GelMA预聚体溶液中充分震荡后得到GM/M
‑
Li水凝胶预聚体溶液，在紫外光下固化得到GM/M
‑
Li水凝胶。3.根据权利要求2所述的GM/M
‑
Li水凝胶，其特征在于，在S1中，将明胶溶于缓冲液中，充分搅拌至完全溶解得到明胶溶液，随后以(0.2

【专利技术属性】
技术研发人员：耿德春，吴泽睿，柏家祥，葛高然，王伟，王庆，李文明，陶云霞，李建有，徐耀增，杨惠林，
申请(专利权)人：苏州大学附属第一医院，
类型：发明
国别省市：