[發明專利]基于納米纖維空間結構可控的仿生組織工程支架及制法

有效

• 申請號: 202011495383.6
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112691234B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 李喆;孫衛華;張寶月;許志;于利超;顏志勇;李海東;生俊露;姚勇波;呂向國
• 申請（專利權）人: 嘉興學院;江蘇國望高科纖維有限公司
• 主分類號: A61L27/20
• 分類號: A61L27/20;A61L27/22;A61L27/56
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

本發明涉及一種基于納米纖維空間結構可控的仿生組織工程支架及制法，首先將明膠基水溶液與蛋白水溶液混合并調節混合溶液pH值為5～7后冷凍干燥得到復合蛋白多孔支架，然后向復合蛋白多孔支架上滴加培養菌液，直至復合蛋白多孔支架吸附培養菌液飽和后，加入發酵培養液進行靜置培養，最后將靜置培養得到的復合物浸入濃度為0.1～5wt％的曲拉通水溶液中進行純化后冷凍干燥制得仿生組織工程支架；制得的仿生組織工程支架為具有相互連通的三維多孔結構；平均孔徑為10～300μm，且孔徑范圍可調。本發明的方法能夠控制納米纖維在三維空間內的疏密分布，制得的仿生組織工程支架具有良好的力學性能、生物相容性、低內毒素以及良好的細胞吸附與促進增殖能力。

技術領域

本發明屬于生物醫用材料技術領域，涉及一種基于納米纖維空間結構可控的仿生組織工程支架及其制備方法。

背景技術

組織工程是應用生命科學與工程學的原理與方法，研究和開發能夠維持、改善甚至修復人體組織(器官)功能的臨床替代物，用于代替組織(器官)的部分或全部功能。對于在組織構建中起到關鍵作用的生物支架材料，如何設計、制備理想的組織工程支架材料仍然是組織工程研究的主題之一。組織支架材料為細胞、組織的重建提供了必要的三維空間和力學支持，起到模擬細胞體內生長微環境的作用。在細胞/亞細胞水平上，支架可以調節局部生物化學，生物力學和質量輸運微環境以促進細胞活力和功能。在更大的尺度上(例如幾百微米到幾毫米)，支架的空間特性使得細胞的幾何裝配不僅能夠符合天然組織結構，而且允許細胞/支架復合物以最優的組織形式進行移植。因此，對于支架材料的空間特征層次設計，多尺度(宏觀、微米級、納米級)結構構筑，是促進組織工程發展的關鍵環節。

組織支架的設計初衷就是模擬細胞體內微環境，細胞所在的體內三維環境的物理結構和化學組成能夠影響細胞的生長。研究表明，天然組織經脫細胞處理得到的細胞外基質(Extracellular matrix，ECM)可以提供最佳的細胞生長微環境，是理想的組織工程支架，但這類材料來源有限，對宿主的毒性、免疫原性等原因限制了其應用。從結構仿生的角度出發，研究這類天然脫細胞基質的特有空間結構，為組織工程支架的結構設計與構筑指明了方向。天然的細胞外基質是由相互交錯的納米纖維構成的兼具微米級多孔與納米級纖維的網絡結構，這一結構能夠支持細胞并且影響細胞行為，能夠持續影響細胞形成組織及器官。因此，從模擬細胞外基質多尺度結構出發，構建兼具宏觀形貌、微米級多孔和納米級纖維可控的結構仿生組織支架材料是新型組織工程支架未來發展的趨勢之一。

細菌纖維素(Baterial Cellulose BC)是由微生物在溫和條件下通過代謝糖源，并分泌于體外的一種胞外多糖，是自然界纖維素的一種存在形式。BC與植物來源的纖維素化學組成相似，都是由吡喃型葡萄糖單體(β-D-葡萄糖)通過β-1,4-糖苷鍵鏈接而形成的一種大分子直鏈聚合物，直鏈與直鏈之間彼此平行。在微生物生物合成BC過程中，菌株細胞內部作為“反應器”將葡萄糖單體轉化為線性β-1,4-葡聚糖，并進一步在范德華力與氫鍵作用下形成原纖微(Fibril)，纖維束帶(Ribbon)，最終形成層狀重疊且相互交織的三維納米纖維網絡。區別于植物來源的纖維素，這種獨特的超微纖維網絡結構具有更大的比表面積、更高的持水性能以及優越的機械特性。由于BC特有的三維納米網絡形貌能夠完美模擬天然ECM結構，其作為一種新型的納米纖維支架，在組織修復中的應用已經受到非常廣泛的關注。尤其是BC所具有的高力學性能、良好的可塑性與生物相容性，以及獨特的納米結構。現今，以BC作為組織修復材料的研究已經從最初的敷料、血管拓展到骨、軟骨，甚至心臟瓣膜、鼓膜以及尿道等重要組織的修復與再生。然而，BC單一的纖維素成分、致密的納米網絡結構難以滿足細胞組織的長入；同時，其納米纖維結構調控方法有限，限制了BC基支架材料對細胞行為以及生物學功能的調節。