一种引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架及其制备方法，制备方法包括以下步骤：通过静电纺丝技术制备上层为纤维取向分布

【技术实现步骤摘要】
一种引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纤维支架
，具体涉及一种引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架及其制备方法
。

技术介绍

[0002]创伤引起的骨缺损不可避免地伴随着不同程度的软组织损伤，因此研发能够同时促进骨组织和软组织再生修复的支架材料具有重要的临床应用价值和意义
。
目前研究者针对骨缺损和软组织损伤已经分别设计构建了性能各异的支架材料，对骨缺损和软组织损伤有显著治疗作用，然而由于骨组织与软组织本身的解剖学结构及细胞微环境差异较大，因而如何真正实现骨缺损伴随软组织损伤的一体化修复治疗仍然面临诸多亟待解决的科学问题和技术瓶颈
。
[0003]静电纺丝技术因其对高分子聚合物具有较强的加工性和结构可塑性而广泛应用于组织工程领域，在骨再生修复及软组织损伤修复中也有其独特的应用
。
目前，研究者基于静电纺丝纤维结构或组分的异质性已经设计构建了性能各异的引导组织再生支架材料，但仍无法满足临床对于骨缺损伴随软组织损伤再生修复的严苛需求
。
通过静电纺丝纤维支架负载细胞或生物活性因子的方法已被广泛使用，但是其存在的问题也不容忽视，如在材料制备与加工过程中不可避免地使用化学试剂会影响细胞或因子的活性
。
外泌体作为一种细胞外囊泡，它携带有蛋白质
、RNA
等细胞所需的重要生物成分，在促进硬软组织再生中具有重要作用，但如使有效地将功能性外泌体负载至纤维支架材料上仍存挑战
。
现有负载技术方法的成本较高，且极易使外泌体失活，因而限制了其更广泛的应用
。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架及其制备方法，可有效改善现有纤维支架的改性方法及在引导硬软组织再生过程中的问题
。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架，其制备方法包括以下步骤：
[0006]通过静电纺丝技术制备上层为纤维取向分布
、
下层为纤维随机分布的不对称纤维支架，然后对不对称纤维支架进行改性使其表面带正电荷，最后负载外泌体，制得引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架
。
[0007]本专利技术的有益效果为：本专利技术通过静电纺丝技术首先使用高速取向接收器制得纤维取向分布的纤维支架，进一步通过更换平板接收器继续在取向纤维支架上制备随机分布的纤维层，进而制备出上层为纤维取向分布
、
下层为纤维随机分布的不对称性纤维支架；再通过改性将不对称性纤维支架表面转换为正电荷，表面改性过程极大地改善了不对称纤维支架上下表面的亲水性，有利于细胞粘附
、
迁移
、
增殖和分化；最后通过正负电荷相互作用
可将外泌体负载至改性后的不对称纤维支架上，这样既能保证不对称纤维支架上有效负载外泌体，又能保证外泌体结构和功能的完整性
。
不对称纤维支架上下层的结构异质性对整个支架体系引导硬软组织再生修复作用至关重要，呈取向分布的上层纤维可促进纤维细胞成肌分化，呈随机分布的下层纤维可促进间充质干细胞成骨分化
。
联合不对称纤维支架结构的异质性和外泌体的生物功能性可赋予纤维支架优异的细胞行为调节能力，既能调控成骨相关细胞成骨分化，又能促进纤维细胞的成肌分化，从而有效解决临床中骨缺损伴随肌肉损伤的硬软组织一体化再生修复问题
。
[0008]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
[0009]进一步，制备不对称纤维支架具体过程为：将高分子聚合物溶于有机溶剂中，混匀，得到纺丝溶液，在静电纺丝过程中使用高速取向接收器收集纤维取向排列的上层纤维膜，将上层纤维膜转移至平板接收器上，继续收集纤维随机排列的纤维膜，制得具有结构异质性的双层不对称纤维支架
。
[0010]进一步，高分子聚合物为合成高分子或天然高分子，包括：聚己内酯
、
聚乳酸
、
聚乳酸
‑
羟基乙酸
、
聚氨酯
、
聚酰胺
、
聚四氟乙烯
、
壳聚糖
、
胶原
、
明胶及其衍生物
。
[0011]进一步，有机溶剂为三氟乙醇或六氟异丙醇或丙酮或
N,N
‑
二甲基甲酰胺
。
[0012]进一步，静电纺丝工艺参数设置为：电压5‑
20kV
，推注速度为
0.2
‑
1.5mL/h
，接收距离为5‑
25cm
，取向接收器转速为
2000
‑
8000r/min
；其中优选的工艺参数为电压7‑
12kV
，推注速度
0.3
‑
0.8mL/h
，接收距离
10
‑
20cm
，取向接收器转速为
2000
‑
5000r/min。
[0013]进一步，不对称纤维支架的上层和下层厚度均为
10
‑
1000
μ
m
，优选的不对称纤维支架的上层和下层厚度均为
50
‑
200
μ
m。
[0014]进一步，不对称纤维支架上层为纤维取向分布结构，下层为纤维随机分布结构
。
[0015]进一步，制备不对称纤维支架时还加入生化因子，生化因子包括：纳米羟基磷灰石
、
磷酸钙盐
、BMP
‑
2、IL
‑
4、Myf5、MyoD、MRF4。
[0016]上述添加的生化因子可提高纤维支架的生物相容性
、
抗炎作用
、
成肌作用及促成骨作用
。
[0017]进一步，对不对称纤维支架进行改性具体过程为：将不对称纤维支架置于
NaOH
溶液中浸泡，取出后用去离子水清洗，再经
EDC/NHS/PEI/MES
反应体系将纤维支架表面带正电荷，最后再用生理盐水清洗
。
[0018]进一步，
NaOH
溶液的浓度为
0.1
‑
2mol/L
，浸泡时间为3‑
10min
；
EDC
与
NHS
摩尔比例为
4:1
‑
1:2
，
PEI
与
EDC
摩尔比例为
1:4
‑
2:1
；
MES
的浓度为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过静电纺丝技术制备上层为纤维取向分布
、
下层为纤维随机分布的不对称纤维支架，然后对不对称纤维支架进行改性使其表面带正电荷，最后负载外泌体，制得引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架
。2.
根据权利要求1所述的引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架的制备方法，其特征在于，制备不对称纤维支架具体过程为：将高分子聚合物溶于有机溶剂中，混匀，得到纺丝溶液，在静电纺丝过程中使用高速取向接收器收集纤维取向排列的上层纤维膜，将上层纤维膜转移至平板接收器上，继续收集纤维随机排列的纤维膜，制得具有结构异质性的双层不对称纤维支架；不对称纤维支架的上层和下层厚度均为
10
‑
1000
μ
m。3.
根据权利要求2所述的引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架的制备方法，其特征在于，高分子聚合物为聚己内酯
、
聚乳酸
、
聚乳酸
‑
羟基乙酸
、
聚氨酯
、
聚酰胺
、
聚四氟乙烯
、
壳聚糖
、
胶原
、
明胶及其衍生物；有机溶剂为三氟乙醇或六氟异丙醇或丙酮或
N,N
‑
二甲基甲酰胺
。4.
根据权利要求2所述的引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架的制备方法，其特征在于，静电纺丝工艺参数设置为：电压5‑
20kV
，推注速度为
0.2
‑
1.5mL/h
，接收距离为5‑
25cm
，取向接收器转速为
2000
‑
8000r/min。5.
根据权利要求2所述的引导硬软组织再生的外泌体功能化不对称纤维支架的制备方法，其特征在于，制备不对称纤维支架时还加入生化因子，生化因子包括：纳米羟基磷灰石
、
磷酸钙盐
、BMP
‑
2、IL
‑
4、Myf5、MyoD、MRF4。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：金蜀鄂，周宗科，曾伟南，
申请(专利权)人：四川大学华西医院，
类型：发明
国别省市：