[發明專利]一種在組織工程支架上定量裝載生長因子的方法及其應用

有效

• 申請號: 201210508762.3
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN102977391B
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 杜明春;戴建武
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C08J7/00
• 分類號: C08J7/00;C08J7/04;C08J3/24;C08L5/08;C08L89/00;C08L5/04;C08L29/04;C08L33/02;A61L27/40;A61L27/54
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 楊林;馬翠平

技術領域

本發明涉及生物材料技術領域，尤其是一種在組織工程支架中運用層層 組裝技術定量裝載生長因子的方法。

背景技術

生物支架的制備是組織工程學研究的重要內容之一，理想的生物支架應 具備以下特性：1.具有良好的生物相容性，能促進細胞的黏附并為細胞在其 表面增殖提供適宜的微環境，在體外培養時無細胞毒性，植入體內時不會引 起機體炎癥和排斥反應；2.具有三維立體結構，內部互相貫通形成開放孔道 結構，為細胞提供足夠的黏附空間，并利于營養物質和代謝產物的傳輸；3. 具有生物可降解性，與細胞的增殖速度相匹配，且降解產物對細胞繁殖無害， 容易被機體代謝或吸收；4.可塑性強，方便構建與需要再生、修復的組織器 官相同的外形；5.具有與被移植組織器官相適應的力學性能；6.方便消毒殺 菌處理，且不影響材料的性質。

生長因子是細胞分泌的、具有誘導和刺激細胞增殖、維持細胞存活等生 物效應的水溶性蛋白質，對細胞增殖、組織或器官的修復和再生都具有重要 的促進作用，是組織工程的關鍵因素之一。一般來講，生長因子在水中及室 溫環境下很容易失去活性，因此直接使用生長因子會因為環境因素而失活, 達不到預期的生物效應。將藥物控釋技術引入組織工程，即由適宜的支架材 料裝載各種生長因子，在準確的時間和部位按一定劑量向種子細胞持續釋放， 從而促進細胞的生長和分化，能有效引導組織再生。

生長因子裝載于組織工程支架上的方法主要有共混、凝膠、微球包埋及 化學鍵合4種，其結合方式不同造成生長因子的釋放機制也有所差異。1.共 混的方法是將生長因子直接與生物材料混和成型得到多孔的三維支架，是最 簡單的裝載方法。然而，由于大多數加工成型過程在高溫或有機溶劑的條件 下進行,極易造成生長因子的失活。簡單的共混使生長因子與材料之間沒有 任何相互作用，僅靠擴散實現生長因子地釋放，不易實現對釋放速率的控制， 極易出現突釋現象。2.凝膠的方法是指將生長因子固定在凝膠的交聯網絡 中，隨著交聯鍵的斷裂和凝膠支架的水解緩慢地釋放生長因子。凝膠是組織 工程中常用的支架材料，它不但具有良好的親水性、生物降解性,而且其交聯 網絡的多孔結構利于細胞活性物質的傳遞和細胞的遷移。采用凝膠法將生長 因子固定在凝膠網絡中，生長因子釋放速率受凝膠降解速率的控制，因而對 生長因子控釋效率大大提高。但是，在化學交聯過程中生長因子也容易被破 壞而失去活性。3.微球包埋的方法是將生長因子包埋于聚合物微球中形成膠 囊從而控制釋放生長因子的方法。其中載體多為生物相容性良好且可生物降 解的聚合物材料。生長因子憑借擴散作用和聚合物載體的降解而釋放，因此 其釋放速率可由載體的降解速率控制。生長因子在微球內部不受周圍環境的 影響，可以較好地保持其生物活性。微球包埋法使高分子載體支架對生長因 子有了進一步的控制。但是由于載體和生長因子之間仍然沒有任何相互作用， 對其釋放的控制只停留在物理水平上。4.化學鍵合的方法是采用化學的方法 將生長因子鍵合在載體支架上，可以對生長因子的釋放提供更精確的控制。 可逆的化學鍵合可以通過載體周圍生長因子濃度的變化來促進生長因子的釋 放。不可逆的化學鍵合可以將生長因子固定在載體材料內部，通過調節載體 材料的降解、化學鍵的斷裂而達到生長因子的持續釋放。所使用的載體多為 生物降解性好的親水性聚合物，其中的親水基團對生長因子有很好的親和力, 可以減少其變性的可能性。

以凝膠裝載生長因子的方法為例，Lee等將不同量的血管內皮生長因子 (VEGF)或成纖維細胞生長因子(FGF)加入海藻酸鈉的溶液中，攪拌均勻后加 入硫酸鈣水溶液中，由于Ca²⁺與海藻酸鹽中帶有負電的羧酸基團發生離子間 相互作用使體系凝膠化，得到裝載生長因子的水凝膠支架。兩種生長因子在 培養基中的釋放曲線見圖1。(Kuen?Yong?Lee,Martin?C.Peters,David?J.Mooney. Comparison?of?vascular?endothelial?growth?factor?and?basic?fibroblast?growth?factor? on?angiogenesis?in?SCID?mice.Journal?of?Controlled?Release,2003,87,49-56.)

上述凝膠法裝載并釋放生長因子的缺點在于：