[發(fā)明專利]一種低溫快速成型三維打印膠原絲素蛋白材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510400438.3
• 申請(qǐng)日: 2015-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN105031728A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳旭義;涂悅;李瑞欣;張賽;湯鋒武;馬軍;劉紅斌;楊凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)后勤學(xué)院附屬醫(yī)院
• 主分類號(hào): A61L27/26
• 分類號(hào): A61L27/26;A61L27/58;A61L27/24;A61L27/22
• 代理公司: 天津?yàn)I海科緯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12211
• 代理人: 李莉華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低溫快速成型三維打印膠原絲素蛋白材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

生物材料是組織工程技術(shù)的重要組成部分，而體內(nèi)具有可控性生物可降解材料是未來組織工程材料的發(fā)展趨勢(shì)。低溫快速成型技術(shù)近年來逐漸成熟的技術(shù)，該技術(shù)可以在保持材料生物活性的基礎(chǔ)上，根據(jù)所設(shè)計(jì)或物體的空間三維參數(shù)，在計(jì)算機(jī)控制程序、特殊軟件、精密電機(jī)等控制下，迅速打印出具有立體空間結(jié)構(gòu)的物體或活性生物材料。結(jié)合低溫快速成型技術(shù)優(yōu)勢(shì)和生物材料特性，開拓其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，將有助于組織工程技術(shù)的突破和發(fā)展。

膠原是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)中含量最高的組成蛋白，參與很多細(xì)胞功能的表達(dá)。已有研究證實(shí)，膠原能被分布在細(xì)胞表面的整合素識(shí)別并結(jié)合，孔隙聯(lián)通的多孔膠原海綿支架可以誘導(dǎo)血管的新生。以膠原為支架材料植入脊髓損傷部位，神經(jīng)細(xì)胞能夠存活生長(zhǎng)，并能促進(jìn)軸突生長(zhǎng)。近來研究表明，將肝素或血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(VEGF)結(jié)合于膠原海綿上，比單純應(yīng)用膠原海綿能更有效的促進(jìn)血管的新生。GerburgKeilhoff等對(duì)I/III型膠原復(fù)合導(dǎo)管的生物相容性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明術(shù)后5-7天導(dǎo)管與宿主得到很好的結(jié)合。膠原凝膠、功能化膠原凝膠均具有良好的細(xì)胞相容性，神經(jīng)生長(zhǎng)因子活化的膠原能促進(jìn)大鼠脊髓神經(jīng)功能的恢復(fù)。但是，單一的膠原構(gòu)建三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的能力較差，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，生物機(jī)械性能差及體內(nèi)降解速度較快等缺點(diǎn)。要克服膠原蛋白在組織修復(fù)過程中的缺點(diǎn)，除了對(duì)膠原蛋白本身進(jìn)行改性及加工，同時(shí)需尋找性質(zhì)互補(bǔ)的天然高分子材料。

絲素蛋白是一種含有人體必需氨基酸的天然蛋白質(zhì)，具有良好的生物相容性和力學(xué)性能，降解緩慢。在膠原內(nèi)加入少量絲素蛋白，可改善其在干態(tài)下的機(jī)械物理性能，在提高膜的力學(xué)性能同時(shí)改善膜的抗水性能，降低其熱水溶失率，且對(duì)成纖維細(xì)胞、皮膚表皮細(xì)胞的黏附性好。從生物降解方面來看，絲素蛋白緩慢的降解速度可以為細(xì)胞提供長(zhǎng)久的支持，以匹配組織細(xì)胞的生長(zhǎng)速度。而且經(jīng)過不同處理可以得到不同的形態(tài)和孔隙要求。Shen等研究了絲素蛋白納米纖維對(duì)嗅鞘細(xì)胞生長(zhǎng)及遷移引導(dǎo)作用，結(jié)果表明絲素蛋白納米纖維與嗅鞘細(xì)胞具有良好的生物相容性，對(duì)嗅鞘細(xì)胞生長(zhǎng)遷移起重要的支持引導(dǎo)作用，同時(shí)對(duì)細(xì)胞神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子基因和蛋白的表達(dá)沒有任何不良影響。絲素蛋白材料用于各種組織的研究已比較深入。因此，膠原/絲素蛋白復(fù)合材料既解決了單純膠原或絲素蛋白材料本身的不足，同時(shí)有助于材料互相之間功能的互補(bǔ)，同時(shí)，結(jié)合低溫快速成型技術(shù)，達(dá)到材料功能與結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一，有望成為理想組織工程支架材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種低溫快速成型三維打印膠原絲素蛋白材料，該材料可在低溫快速成型三維打印技術(shù)中應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種低溫快速成型三維打印膠原絲素蛋白材料，所述膠原絲素蛋白材料由如下質(zhì)量份數(shù)的組份制備而成：

優(yōu)選的，所述膠原絲素蛋白材料如下質(zhì)量份數(shù)的組份制備而成：

進(jìn)一步，所述相容劑為馬來酸酐。

本發(fā)明還提供了一種低溫快速成型三維打印膠原絲素蛋白材料的制備方法，其特征在于：分別配置1-3％膠原蛋白溶液和0.5-20％絲素蛋白溶液，靜置24-48h后，按照絲素蛋白和膠原蛋白質(zhì)量比為6-45：40-80均勻混合，加入甘油和相容劑，低溫及冷凍干燥后，制備獲得膠原/絲素蛋白材料。

進(jìn)一步，所述低溫干燥的溫度不高于-5℃。

其中，所述膠原蛋白溶液的制備方法包括如下步驟：

(a)將富含膠原蛋白的動(dòng)物組織去除血管、肌肉和表皮等雜質(zhì)，清洗干凈后用弱堿溶液脫脂；優(yōu)選的，弱堿溶液為pH8.0-12的NaOH；

(b)脫脂后溶解于稀酸溶液，優(yōu)選的，稀酸溶液為pH5.0-6.5的乙酸或鹽酸；攪拌混勻后加入復(fù)合蛋白酶，膠原蛋白與復(fù)合蛋白酶質(zhì)量比為500-1000:1，繼續(xù)攪拌過夜；

(c)離心，收集上清液，加入NaCl，攪拌，收集沉淀物，加入乙酸，重復(fù)步驟(c)操作3-4次后后，得到的沉淀物為膠原蛋白，將膠原蛋白溶解于0.01-0.1％乙酸溶液中，獲得1-3％的膠原蛋白溶液。

進(jìn)一步，所述絲素蛋白溶液的制備方法包括如下步驟：

(d)取蠶絲，加入0.5—1％的Na₂CO₃稀堿溶液中，高溫清煮30-60min，蒸餾水反復(fù)清洗；重復(fù)清煮及清洗2-3次，真空干燥完成脫膠；