[發(fā)明專利]一種流體剪切力介導(dǎo)的膠原自組裝方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610244165.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN105641747B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牛旭鋒;郭曉霖;樊瑜波;李萍;范睿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): A61L27/24
• 分類號(hào): A61L27/24;A61L27/50;A61L27/58
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本發(fā)明提供了一種流體剪切力介導(dǎo)的膠原自組裝方法，屬于生物醫(yī)用材料及生物力學(xué)領(lǐng)域。在中性條件下啟動(dòng)膠原的自組裝機(jī)制，利用錐板粘度儀等力學(xué)加載裝置對(duì)其施加恒定方向的流體剪切力作用。相較傳統(tǒng)的自組裝方法，本發(fā)明將生物力學(xué)微環(huán)境考慮在內(nèi)，構(gòu)建了力學(xué)?化學(xué)耦合體，更好地模擬了體內(nèi)真實(shí)的組裝過程。在流體剪切力的介導(dǎo)下，膠原纖維發(fā)生重排，更有利于后續(xù)羥基磷灰石的沉積。這種新穎的膠原纖維材料，既具有很好的生物相容性和降解性，更具有與人體骨組織膠原相匹配的力學(xué)特性，有很廣闊的應(yīng)用空間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料及生物力學(xué)領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種流體剪切力介導(dǎo)的膠原自組裝方法。

背景技術(shù)

由于創(chuàng)傷、勞損、人口老齡化、先天畸形等因素造成的骨缺損病例日益增多，骨修復(fù)材料的開發(fā)與應(yīng)用日益受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的方法采用自體骨或異體骨移植，價(jià)格昂貴，且常伴隨著并發(fā)癥。通過模擬天然骨的成分和結(jié)構(gòu)，研制開發(fā)的仿生骨修復(fù)材料為此提供了新的思路和策略。天然骨是具有復(fù)雜層級(jí)結(jié)構(gòu)的膠原-磷酸鈣復(fù)合系統(tǒng)，有機(jī)相賦予骨干韌性，無機(jī)相賦予骨干強(qiáng)度。膠原約占骨干重量的25％～30％，具有典型的四級(jí)結(jié)構(gòu)，通過自組裝逐漸形成具有一定粒徑的纖維，在透射電鏡下可以觀察到規(guī)整的D帶型。其表面含有磷酸鈣沉積位點(diǎn)，可以誘導(dǎo)磷酸鈣在纖維內(nèi)和纖維外的礦化，調(diào)控羥基磷灰石的形貌，因此是骨基質(zhì)中必不可少的有機(jī)物。Ⅰ型膠原是骨組織中含量最豐富和最重要的膠原，存在形式為[α₁(Ⅰ)]₂[α₂(Ⅰ)]₁，α₁(Ⅰ)的異常會(huì)造成骨缺陷。近些年來，由于膠原的生物相容性好、可降解、毒副作用小，廣泛應(yīng)用于骨修復(fù)材料。

在不同的生物力學(xué)微環(huán)境下，骨組織會(huì)有不同的反應(yīng)機(jī)制和力學(xué)特性，流體剪切力是其中最重要的力學(xué)刺激方式之一。Sarit-Sara Sivan，Ellen Wachtel，Eve Tsitron等研究者2008年發(fā)表在“The Journal of Biological Chemistry”的文獻(xiàn)“Collagenturnover in normal and degenerate human intervertebral discs as determined bythe racemization ofaspartic acid”中指出，膠原的來源部位不同，D-天冬氨酸的累積率也不同，膠原的半衰期也會(huì)有差異，結(jié)合不同部位所受的應(yīng)力，得出膠原是一種力敏蛋白，應(yīng)力環(huán)境會(huì)影響膠原自組裝的結(jié)論。

目前可通過兩種方式誘導(dǎo)膠原進(jìn)行自組裝：一種方法是調(diào)節(jié)膠原溶液的溫度，在一定溫度范圍內(nèi)靜置即可啟動(dòng)膠原的自組裝機(jī)制，形成膠原纖維；另一種方法是調(diào)節(jié)體系的pH值，在中性條件下靜置一段時(shí)間也可以形成纖維結(jié)構(gòu)。然而，骨組織中的膠原是處于一定的力學(xué)環(huán)境中的，在體外模擬膠原的自組裝過程時(shí)，不僅要考慮到化學(xué)因素，也要考慮到生物力學(xué)因素。而傳統(tǒng)的誘導(dǎo)方法忽略了力學(xué)微環(huán)境，因此并不能很好地重現(xiàn)體內(nèi)組裝過程。本發(fā)明將化學(xué)環(huán)境和力學(xué)環(huán)境相耦合，對(duì)于新型骨修復(fù)材料的開發(fā)有很重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于將生物力學(xué)因素引入膠原的體外自組裝過程，將力學(xué)環(huán)境與化學(xué)環(huán)境相結(jié)合，提供一種可操作性強(qiáng)、重現(xiàn)性好的體外模擬方法。

本發(fā)明提供了一種流體剪切力介導(dǎo)的膠原自組裝方法，包括下列步驟：

(1)在離心管中依次加入10x PBS溶液、堿液、去離子水，混合均勻；

(2)將酸溶性Ⅰ型膠原溶液加入其中，用稀釋氨水或稀釋氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值在7.0～7.4之間；

(3)將混合均勻的上述溶液轉(zhuǎn)移到應(yīng)力加載裝置中，設(shè)置不同的流體剪切力大小、作用時(shí)間及反應(yīng)溫度，開始施力；

(4)應(yīng)力加載完畢，收集沉淀；