一種抗細胞衰老的骨組織工程支架材料及其應用制造技術

本發明專利技術公開一種抗細胞衰老的骨組織工程支架材料及其制備方法與應用，以PCL-PLA支架為基礎材料，采用CNT和IGF-1成功制備IGF-CNT-PCL-PLA骨組織工程支架材料，通過實驗證明，細胞在本發明專利技術所制得的抗細胞衰老的骨組織工程支架材料上具有較強的生長活性，同時支架材料具有較好的抗細胞衰老效果。本發明專利技術所述抗細胞衰老的骨組織工程支架材料的制備方法簡單易行，成本低廉，在骨組織工程支架材料或骨替代材料領域具有很好的應用前景，也利于日后的規模化生產。

【技術實現步驟摘要】

?本專利技術屬于生物材料
，具體涉及一種抗細胞衰老的骨組織工程支架材料及其制備方法與應用。
技術介紹
骨組織的重要性和骨相關疾病帶來的危害，加速了骨組織工程的發展。在此大背景下，骨組織工程因具有治療骨相關損傷或疾病的巨大潛力，而成為修復損傷器官的新的前沿的方法。通常而言，骨組織工程的研究包含了三大元素：支架、細胞和生長因子。上述三者中，對支架的研究是目前研究較為活躍的領域之一。近年來，許多研究者開發出了多種生物可降解材料，以應用于支架的構建。如聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、共聚合乳酸乙醇酸（PLGA）和聚己內酯（PCL）等，在組織工程支架構建上顯示出了良好的生物適應性。然而，隨著骨組織工程的發展，單一的材料并不能滿足其需要。目前，骨組織工程要求所用支架既是理想的骨替代物，又同時具有能夠誘導骨細胞形成礦化組織的性能。因此，作為關鍵因素之一，構建和修飾支架同樣值得我們關注。盡管目前已開發出多種修飾骨組織工程支架的方案，但開發出最接近理想的技術仍然是一種挑戰。近期研究表明，碳納米管（CNT）具有優良的性能，使其覆蓋材料表面以后，可以加速細胞的生長。但是，因為CNT缺乏良好的分散性而引起的體內毒性，所以，CNT的毒性和生物相容性缺陷同樣存在。在組織工程領域，生長因子是三要素之一，而在骨組織工程中，胰島素類生長因子-1（IGF-1）等生長因子被認為是有效地加速骨相關細胞生長的生長因子，從而倍受重視。同時，細胞衰老是骨組織工程中值得關注的另一個問題。細胞衰老由許多原因引起，且許多蛋白關聯到此過程中。>目前本領域當中尙未有相關碳納米管光接枝胰島素類生長因子制備抗細胞衰老的骨組織工程支架材料的報道。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術在研究抗細胞衰老的骨組織工程支架材料方面的不足，提供一種抗細胞衰老的骨組織工程支架材料。本專利技術的另一個目的是提供上述骨組織工程支架材料的應用。本專利技術的上述目的通過如下技術方案予以實現：一種抗細胞衰老的骨組織工程支架材料，通過如下步驟制備得到：S1.?碳納米管CNT功能化改性，所述功能化改性包括羧基化改性或羥基化改性；S2.?將羧基化后的CNT與無水乙醇制成羧基化CNT懸浮液，濃度為0.1~0.3?mg/mL；將羥基化后的CNT與無水乙醇制成羥基化CNT懸浮液，濃度為0.1~0.3?mg/mL；S3.?制備光活性胰島素類生長因子-1（IGF-1），將IGF-1與N-琥珀酰亞胺酯按質量比為4~6：16~18混合反應、離心、干燥制得光活性IGF-1；S4.?將光活性IGF-1溶于磷酸緩沖液PBS中，配制濃度為0.5~1.5?ng/μL的光活性IGF-1溶液；S5.?將基礎支架聚己內酯-聚乳酸PCL-PLA支架裁剪成合適大小，先采用過氧化氫溶液預處理，然后置于羥基化CNT懸浮液中震蕩100~140?min，風干后再置于羧基化CNT懸浮液中靜置10~14?h制得CNT支架（CNT-PCL-PLA）；S6.?在CNT-PCL-PLA支架上滴加光活性IGF-1溶液、自然干燥、紫外燈照射后即得產品IGF-1、CNT共修飾型支架（IGF-CNT-PCL-PLA）。作為一種實施方案，步驟S1中所述羧基化改性的具體步驟為將CNT分散于濃度為2.5?mol/L的硝酸溶液中，超聲與攪拌交替處理48?h后將CNT離心分離、洗滌、干燥；然后再將干燥后的CNT分散于濃硝酸與濃硫酸體積比為1:3的混酸溶液中，超聲與攪拌處理4?h?后將CNT離心分離、洗滌、干燥；最后將干燥后的CNT分散于質量分數為20%的過氧化氫水溶液，超聲與攪拌交替處理2?h，洗滌、干燥后備用。優選地，所述羧基化改性的原料CNT為長1~2μm、直徑60~100nm的短碳納米管S-CNT。優選地，所述硝酸溶液、混酸溶液或過氧化氫水溶液的用量為100?mL每1g?CNT。作為一種實施方案，步驟S1中所述羥基化改性的具體步驟為將CNT與KOH按質量比1：7~8混合，分散于無水乙醇中并超聲與攪拌交替處理15h，洗滌、干燥后備用。優選地，所述羥基化改性的原料CNT為長5~15μm、直徑10~20nm的長碳納米管L-CNT。優選地，所述無水乙醇的用量為100?mL每1g?CNT。步驟S3中所述IGF-1與N-琥珀酰亞胺酯混合的溶劑為二甲基甲酰胺與磷酸緩沖溶液的混合溶劑DMF/PBS，其中DMF與PBS的體積比為4：1，所述混合溶劑DMF/PBS的pH=7.4。本專利技術所述IGF-1與N-琥珀酰亞胺酯反應的條件為冰浴及避光條件下攪拌反應48?h，避免反應物分解失活，保證反應順利進行。步驟S4中制得的光活性IGF-1溶液也需要避光低溫保存，避免分解失活。本專利技術所述磷酸緩沖液PBS中磷酸鹽的濃度為0.010~0.015?M，pH=7.3~7.5。步驟S5中所述過氧化氫溶液預處理的具體步驟為將PCL-PLA支架置于20%過氧化氫溶液中靜置5?min。步驟S6中，所述光活性IGF-1溶液的用量為60~80?μL每平方厘米的PCL-PLA支架。本專利技術步驟S6中所述紫外燈照射采用本領域常規技術處理即可，作為一種實施方案，具體步驟為將干燥后的支架材料置于250?W紫外燈下10?cm處，紫外光處理15~25?min。本專利技術所述聚己內酯-聚乳酸PCL-PLA支架為本領域常規支架材料，直接商業購買即可，通常該產品參數：PCL與?PLA的摩爾比值為8:?2，厚度0.1cm，孔隙直徑100~150μm，孔隙率90%。本專利技術所述抗細胞衰老的骨組織工程支架材料在抗細胞衰老制劑方面的應用。專利技術人通過實驗發現，支架材料加載碳納米管時，采用L-S法的方式，即先在支架上加載長碳納米管L-CNT再加載短碳納米管S-CNT可以使得支架對CNT的加載量最大，而采用S-L法、單一的S-CNT或單一的L-CNT進行加載，支架對CNT的加載量均明顯下降，這很可能是由于長碳納米管具有更大比表面積且更長，這就使得其與支架間的作用力更強，被支架吸附的幾率更大，最終也就使得其加載量大于短碳納米管，此外，單獨添加兩種碳管都沒有形成大范圍的三維結構，這對進一步的修飾不利。與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：本專利技術以PCL-PLA支架為基礎材料，采用CNT和IGF-1成功制備IGF-CNT-PCL-PLA骨組織工程支架材料，通過實驗證明，細胞在本專利技術所制得的抗細胞衰老的骨組織工程支架材料上具有較強的生長活性，同時支架材料具有較好的抗細胞衰老效果。本專利技術所述抗細胞衰老的骨組織工程支架材料的制備方法簡單易行，成本低廉，在骨組織工程支架材料或骨替代材料領域具有很好的應用前景，也利于日后的規模化生產。附圖說明圖1為純碳納米管、羧基化碳納米管和羥基化碳納米管的紅外表征結果圖；圖2為空白PCL-PLA支架和實施例1中的改性支架IGF-CNT-PCL-PLA、CNT-PCL-PLA、IGF-PCL-PLA本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種抗細胞衰老的骨組織工程支架材料，其特征在于，通過如下步驟制備得到：S1.?碳納米管CNT功能化改性，所述功能化改性包括羧基化改性或羥基化改性；S2.?將羧基化后的CNT與無水乙醇制成羧基化CNT懸浮液，濃度為0.1~0.3?mg/mL；將羥基化后的CNT與無水乙醇制成羥基化CNT懸浮液，濃度為0.1~0.3?mg/mL；S3.?制備光活性胰島素類生長因子IGF?1，將IGF?1與N?琥珀酰亞胺酯按質量比為4~6：16~18混合反應、離心、干燥制得光活性IGF?1；S4.?將光活性IGF?1溶于磷酸緩沖液PBS中，配制濃度為0.5~1.5?ng/μL的光活性IGF?1溶液；S5.?將基礎支架聚己內酯?聚乳酸PCL?PLA支架裁剪成合適大小，先采用過氧化氫溶液預處理，然后置于羥基化CNT懸浮液中震蕩100~140?min，風干后再置于羧基化CNT懸浮液中靜置10~14?h制得CNT支架CNT?PCL?PLA；S6.?在CNT?PCL?PLA支架上滴加光活性IGF?1溶液、自然干燥、紫外燈照射后即得產品IGF?1、CNT共修飾型支架IGF?CNT?PCL?PLA。

【技術特征摘要】
1.一種抗細胞衰老的骨組織工程支架材料，其特征在于，通過如下步驟制備得到：
S1.?碳納米管CNT功能化改性，所述功能化改性包括羧基化改性或羥基化改性；
S2.?將羧基化后的CNT與無水乙醇制成羧基化CNT懸浮液，濃度為0.1~0.3?mg/mL；將羥基化后的CNT與無水乙醇制成羥基化CNT懸浮液，濃度為0.1~0.3?mg/mL；
S3.?制備光活性胰島素類生長因子IGF-1，將IGF-1與N-琥珀酰亞胺酯按質量比為4~6：16~18混合反應、離心、干燥制得光活性IGF-1；
S4.?將光活性IGF-1溶于磷酸緩沖液PBS中，配制濃度為0.5~1.5?ng/μL的光活性IGF-1溶液；
S5.?將基礎支架聚己內酯-聚乳酸PCL-PLA支架裁剪成合適大小，先采用過氧化氫溶液預處理，然后置于羥基化CNT懸浮液中震蕩100~140?min，風干后再置于羧基化CNT懸浮液中靜置10~14?h制得CNT支架CNT-PCL-PLA；
S6.?在CNT-PCL-PLA支架上滴加光活性IGF-1溶液、自然干燥、紫外燈照射后即得產品IGF-1、CNT共修飾型支架IGF-CNT-PCL-PLA。
2.?根據權利要求1所述骨組織工程支架材料，其特征在于，步驟S1中所述羧基化改性的具體步驟為將CNT分散于濃度為2.5?mol/L的硝酸溶液中，超聲與攪拌交替處理48?h后將CNT離心分離、洗滌、干燥；然后再將干燥后的CNT分散于濃硝酸與濃硫酸體積比為1:3的混酸溶液中，超聲與攪拌處理4?h?后將CNT離心分離、洗滌、干燥；最后將干燥后的CNT分散于質量分數為20%的過氧化氫水溶液，超聲與攪拌交替處理2?h，洗滌、干...

【專利技術屬性】
技術研發人員：關燕清，劉俊明，陳吾雅，
申請(專利權)人：華南師范大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44