一种仿生生物材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种仿生角膜基质或皮肤的制备方法，以异种或同种角膜基质或皮肤为模板，将硫酸软骨素衍生物灌注到角膜基质或皮肤间隙中，待其固化后，消化掉原有角膜基质或皮肤，得到拷贝天然基质结构特征的聚合物骨架

【技术实现步骤摘要】
一种仿生生物材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于组织工程和再生医学领域，具体涉及一种仿生生物材料的制备方法及其应用
。

技术介绍

[0002]角膜盲是世界第四大致盲病，有超过
1000
万人患有双眼角膜盲
。
由于供体角膜短缺，每年仅有约
18.5
万例角膜移植手术，移植后患者终身面临免疫排斥的风险
。
角膜基质层是角膜5层中的一层，占角膜厚度的
90%
以上，是角膜透明度和屈光功能的最重要的一层
。
角膜基质层的严重损伤是导致角膜盲的最主要原因
。
角膜基质的前
1 / 3
层由单向排列的胶原纤维板层交织而成，后
3/2
层由非交织的胶原纤维板层组成，每层板层之间偏差
45
°
或
90
°
。
这种高度特殊化的结构对角膜组织透明度和机械强度尤为重要
。
复杂的基质层结构使其很难通过生物工程的方法模拟
。
为了找到最佳的基质替代物，人们正在研究各种各样的方法
。
随材料学发展，近年来多种生物组织替代材料被研发，主要包括胶原基和脱细胞生物材料
。
胶原基材料由单一胶原蛋白交联制备，缺少天然生物组织的超微结构特征
。
脱细胞材料是通过异种动物组织经脱细胞处理后得到的细胞外基质支架，具有天然生物组织的结构特点和力学特性，但脱细胞过程中仍存在细胞碎片残留，抗原暴露，以及传播病毒，批间差异难以控制的不足
。
由于天然生物组织结构的复杂性，仿生天然生物组织超微结构的研究鲜有报道
。
中国专利技术专利（申请号
202210102037.X
）公开了一种人工角膜的制备方法
。
该专利技术通过电化学沉积技术，制备了一种由有序胶原微纤维排列组成的人工角膜，但该专利技术仍不能模拟天然角膜正交排列的板层结构特征
。

技术实现思路

[0003]为解决当前生物材料结构单一难以模拟天然生物组织超微结构的不足，本专利技术一方面提供了一种仿生生物材料的制备方法，包括如下步骤：将拟仿生物组织浸泡到单体聚合物溶液中，使单体聚合物充分浸入到拟仿生物组织内部；通过聚合反应在拟仿生物组织内部形成聚合网络；消化并冲洗拟仿生物组织，得到聚合网络构成的聚合物骨架；将生物材料填充并固定到该聚合物骨架中，得到仿生生物材料
。
[0004]本专利技术中，所述拟仿生物组织选自具有与目标制得的仿生生物材料相同或近似结构的结缔组织，来源于同种或异种的天然生物组织或脱细胞生物组织，例如当目标制得的仿生生物材料为人角膜时，拟仿生物组织可以选择猪角膜
、
脱细胞猪角膜；当目标制得的仿生生物材料为人皮肤时，拟仿生物组织可以选择猪皮肤
、
脱细胞猪皮肤
。
[0005]在一个优选的实施方式中，所述拟仿生物组织选自主要由细胞外基质组成的结缔组织，例如角膜或皮肤，优选尺寸为
0.1
‑
5cm2。
[0006]本专利技术中，所述单体聚合物选自甲基丙基酰化多糖
、
聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯一种或多种；其中甲基丙基酰化多糖选自甲基丙烯酰化透明质酸
、
甲基丙烯酰化硫酸软骨素
、
甲基丙烯酰化右旋糖酐中的一种或多种；所述单体聚合物溶液
浓度范围为
5%
‑
30%
（
w/v
）
。
[0007]进一步，所述单体聚合物溶液中含有光引发剂或温度引发剂
。
光引发剂的为浓度
0.1%
‑
0.5%
；温度引发剂的浓度为
0.1
‑
0.2 mol/L。
所述光引发剂为蓝光或紫外光引发剂
,
包括
2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基磷酸锂盐（
LAP
）
、
光引发剂
2959
；所述温度引发剂包括偶氮二异丁腈（
AIBN
）
。
[0008]在一个优选的实施方式中，所述单体聚合物溶液为含有
0.1
‑
0.5%
光引发剂的甲基丙基酰化多糖，浓度为5‑
20%
（
w/v
）
。
[0009]在一个优选的实施方式中，所述单体聚合物溶液至少包括甲基丙烯酰化硫酸软骨素
。
[0010]在一个更优选的实施方式中，所述单体聚合物溶液为含有
0.2
‑
0.3%
光引发剂的甲基丙烯酰化硫酸软骨素溶液，浓度为
10
‑
15%
（
w/v
）
。
[0011]本专利技术中，所述聚合网络由单体聚合物穿插于拟仿生物组织之间，通过聚合反应形成
。
[0012]本专利技术中，所述聚合物骨架是由聚合网络构成，因聚合网络在仿生生物材料内部形成，从而具有与拟仿生生物材料反向相同或近似的结构，待将生物材料填充并固定到该聚合物骨架后，得到的仿生生物材料则具有与拟仿生生物材料相同或近似的结构
。
[0013]本专利技术中，所述生物材料选自天然胶原蛋白
、
重组胶原蛋白及其改性衍生物，包括但不限于
I
型胶原蛋白，
III
型胶原蛋白，明胶，重组人源胶原蛋白或去端肽胶原蛋白
。
[0014]所述生物材料为胶原蛋白时，制备浓度为
2%
‑
20%
的溶液；所述生物材料为明胶时，制备浓度为
10%
‑
20%
的溶液
。
[0015]生物材料溶液的制备方法，以制备
20%
的胶原溶液为例，方法为：将
2g
可溶性去端肽胶原
I
型蛋白溶解到
10ml
磷酸盐缓冲液中，
120rpm
摇床震荡混匀
10
分钟
。
[0016]在上述浸泡过程中，可以同时采用超声
、
抽真空或搅拌的方式加速浸泡或浸入的过程
。
[0017]在一个优选的实施方式中，所述浸泡为将拟仿生组织完全浸入至少
10
倍体积量的单体聚合物溶液中，置于
120
转
/
分钟摇床，室温震荡
12
‑
36
小时
。
[0018]本专利技术中，所述聚合反应包括光激活和温度激活
。
采用光激活时，
300nm
ꢀ‑ꢀ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种仿生生物材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将拟仿生物组织浸泡到单体聚合物溶液中，使单体聚合物充分浸入到拟仿生物组织内部；通过聚合反应在拟仿生物组织内部形成聚合网络；消化并冲洗拟仿生物组织，得到聚合网络构成的聚合物骨架；将生物材料填充并固定到该聚合物骨架中，得到仿生生物材料；所述仿生生物材料为仿生角膜基质，所述拟仿生物组织为异种或同种角膜基质；或所述仿生生物材料为仿生生物皮肤，所述拟仿生物组织异种或同种皮肤；所述仿生角膜基质或仿生生物皮肤的大小为
0.1
‑
5cm2；所述单体聚合物的浓度为
5%
‑
30%
（
w/v
），选自甲基丙基酰化多糖
、
聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯一种或多种；其中甲基丙基酰化多糖选自甲基丙烯酰化透明质酸
、
甲基丙烯酰化硫酸软骨素
、
甲基丙烯酰化右旋糖酐中的一种或多种；所述单体聚合物溶液中含有光引发剂或温度引发剂；所述光引发剂的为浓度
0.1%
‑
0.5%
；所述温度引发剂的浓度为
0.1
‑
0.2 mol/L
；所述光引发剂为蓝光或紫外光引发剂
,
包括
2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基磷酸锂盐
、
光引发剂
2959
；所述温度引发剂包括偶氮二异丁腈；所述生物材料选自天然胶原蛋白
、
重组胶原蛋白及其改性衍生物，包括但不限于
I
型胶原蛋白，
III
型胶原蛋白，明胶，重组人源胶原蛋白或去端肽胶原蛋白；所述生物材料为胶原蛋白时，制备浓度为
2%
‑
20%
的溶液；所述生物材料为明胶时，制备浓度为
10%
‑
20%
的溶液；所述固定的方法为交联剂交联；所述交联剂选自
EDC/NHS、CMC/NHS、
京尼平或原花青素
。2.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于： 所述单体聚合物溶液为含有
0.1
‑
0.5%
光引发剂的甲基丙基酰化多糖溶液，浓度为5‑
20%
（
w/v
）；所述交联剂为
0.1%
‑
5%CMC/NHS
溶液，配置交联剂的溶液为
50mM
的
MES
溶液
。3.
如权利要求2所述的制备方法，其特征在于： 所述单体聚合物溶液为含有
0.2
‑
0.3%
苯基
‑
2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基亚磷酸锂的甲基丙烯酰化硫酸软骨素溶液，浓度为
10
‑
15%
（
w/v
）
。4.
如权利要求1‑3任一所述的制备方法，其特征在于：所述浸泡为将拟仿生组织完全浸入至少
10
倍体积量的单体聚合物溶液中，置于
120
转
/
分钟摇床，室温震荡
12
‑
36
小时；所述填充为将冲洗后的仿生材料浸入至少
10
倍体积的生物材料溶液中，使其完全浸泡，随后置于摇床
120
转
/
分钟室温震荡
12
‑
24
小时
。5.
如权利要求1‑3任一所述的制备方法，其特征在于：所述聚合反应包括光激活和温度激活；所述光激活...

【专利技术属性】
技术研发人员：史伟云，周庆军，赵龙，王婷，史真，
申请(专利权)人：山东第一医科大学附属眼科研究所山东省眼科研究所，
类型：发明
国别省市：