一種修飾組織工程支架的方法及其應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種運(yùn)用分子層層組裝技術(shù)修飾組織工程支架的方法，包括如下步驟：a．將組織工程支架浸于活性組分Ⅰ水溶液中1~8小時(shí)；b．將完成步驟a的組織工程支架取出并清洗掉多余的活性組分Ⅰ；c．將完成步驟b的組織工程支架浸于活性組分Ⅱ水溶液中1~8小時(shí)；d．將完成步驟c的組織工程支架取出并清洗掉多余的活性組分Ⅱ；e．重復(fù)a-d步驟n次，0≤n≤100。本發(fā)明專利技術(shù)還提供一種組織工程支架的組織結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。本發(fā)明專利技術(shù)在常溫水體系中進(jìn)行，通過活性組分與組織工程支架之間的相互作用將活性組分層層組裝在組織工程支架網(wǎng)絡(luò)中，組裝的成份和層數(shù)可調(diào)，此方法簡單實(shí)用，可控性強(qiáng)，清潔低成本。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及生物材料
，尤其是一種運(yùn)用分子組裝技術(shù)修飾組織工程支架的方法，和該方法獲得的組織工程支架的組織結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
生物支架的制備是組織工程學(xué)研究的重要內(nèi)容之一，理想的生物支架應(yīng)具備以下特性1.具有良好的生物相容性，能促進(jìn)細(xì)胞的黏附并為細(xì)胞在其表面增殖提供適宜的微環(huán)境，在體外培養(yǎng)時(shí)無細(xì)胞毒性，植入體內(nèi)時(shí)不會(huì)引起機(jī)體炎癥和排斥反應(yīng)；2.具有三維立體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部互相貫通形成開放孔道結(jié)構(gòu)，為細(xì)胞提供足夠的黏附空間，并利于營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的傳輸；3.具有生物可降解性，與細(xì)胞的增殖速度相匹配，且降解產(chǎn)物對細(xì)胞繁殖無害，容易被機(jī)體代謝或吸收；4.可塑性強(qiáng)，方便構(gòu)建與需要再生、修復(fù)的組織器官相同的外形；5.具有與被移植組織器官相適應(yīng)的力學(xué)性能；6.方便消毒殺菌處理，且不影響材料的性質(zhì)。作為生物材料應(yīng)用的形式之一，水凝膠可定義為在水中溶脹并保持大量水分，可降解或不可降解的聚合物。由于水凝膠網(wǎng)絡(luò)中充斥有大量的水分，使得整個(gè)材料具備了一種流體的性質(zhì)，這與充盈有大量水分的機(jī)體組織極其相似，利于營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸和細(xì)胞代謝產(chǎn)物的排出，柔軟濕潤的表面以及組織親和力大大減少了材料對周圍組織的刺激性，使得水凝膠具有良好的生物相容性。水凝膠因其流動(dòng)性很容易充滿整個(gè)不規(guī)則的缺損部位，手術(shù)創(chuàng)傷非常微小且易于操作，最適合用于構(gòu)建力學(xué)強(qiáng)度較低的軟組織器官。用于制備水凝膠的材料有殼聚糖，海藻酸鹽，透明質(zhì)酸，聚乙烯醇等。其中，殼聚糖為甲殼素脫乙酰基產(chǎn)物，是天然多糖中唯一的堿性多糖，它由β_(1，4)糖苷單元連接組成，這些糖苷單元上還隨機(jī)地帶有N-乙酰基結(jié)構(gòu)，因而它具有糖胺多糖和透明質(zhì)酸的部分特點(diǎn)。殼聚糖在自然界廣泛存在，取材便利，生物相容性良好，可生物降解且降解產(chǎn)物無毒性。大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞是貼壁細(xì)胞，它們必須在適宜的基質(zhì)上貼附、鋪展才能正常代謝增殖和分化。細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)的主要作用是介導(dǎo)細(xì)胞黏附。細(xì)胞外基質(zhì)中有許多細(xì)胞受體識(shí)別的多肽和糖配體，此類受體、配體相互作用對維持細(xì)胞功能具有很重要的作用，同時(shí)還能賦予細(xì)胞環(huán)境的響應(yīng)性。細(xì)胞外基質(zhì)的首要功能是介導(dǎo)細(xì)胞黏附，大多數(shù)細(xì)胞缺乏黏附就會(huì)凋亡或死亡，而喪失黏附相關(guān)信號傳導(dǎo)途徑會(huì)使癌性腫瘤生長和擴(kuò)散。通過表面修飾的方法可以在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中模擬細(xì)胞外基質(zhì)，從而促進(jìn)并調(diào)控細(xì)胞生長和組織構(gòu)建。目前主要運(yùn)用等離子沉積(聚合)蝕刻、輻射接枝、濕化學(xué)反應(yīng)、吸附、光反應(yīng)、固定化等方法對支架材料表面改性，以改善支架材料的生物相容性，從納米到微米尺度上調(diào)控表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)細(xì)胞行為或生物礦化，控制生物活性物質(zhì)的釋放速率，防止蛋白質(zhì)或細(xì)胞黏附和組織黏連等。這些方法存在諸如有機(jī)試劑殘留，過程復(fù)雜，成本過高等不足之處，限制了實(shí)際應(yīng)用。以濕化學(xué)反應(yīng)修飾組織工程支架材料為例，Boccafoschi等將聚乳酸(PLLA)支架置于乙醇/水溶液中部分水解酯基，然后通過EDC/NHS反應(yīng)在酸性MES溶液中活化支架中的羧基連接生物活性分子RGD中的氨基，其中RGD是細(xì)胞黏附蛋白纖維粘連蛋白(fibronectin)的重要片段，從而在支架材料表面修飾RGD以增強(qiáng)細(xì)胞在材料表面的黏附能力。(Boccafoschi F, Fusaro L, Mosca C，Bosetti M, Chevallier P, MantovaniD,Cannas M.The biologicalresponse ofpoly (L-Iactide)fiIms modified bydifferent biomolecules: Role of thecoating strategy. J. Biomed. Mater. Res. PartA, 2012，100A, 2373-2381.)上述濕化學(xué)反應(yīng)修飾支架材料的缺點(diǎn)在于I.破壞生物活性分子的活性。EDC/NHS反應(yīng)在酸性MES溶液中進(jìn)行，pH=5. 6，此溶液中RGD分子上的活性位點(diǎn)可能減少。2.生物活性分子的選擇有限。在支架材料上修飾生物活性分子需要滿足EDC/NHS反應(yīng)的條件要求，即反應(yīng)物分子中必須含有羧酸或伯胺基。3.生物活性分子的含量無法控制。EDC/NHS反應(yīng)劇烈，無法精確控制連接R⑶分子的數(shù)量。反應(yīng)完成后支架材料不可以再次進(jìn)行EDC/NHS反應(yīng)連接RGD分子。層層組裝技術(shù)(Layer-by-Layer assembly technique, LbL)最初是基于聚電解質(zhì)所帶正負(fù)電荷間相互作用開發(fā)的一種超分子自組裝技術(shù)，而后拓展到氫鍵作用、疏水作用及生物分子間特異性識(shí)別作用等都可以作為層層自組裝膜的驅(qū)動(dòng)力，這大大延伸了此技術(shù)在生物材料制備及改性中的應(yīng)用潛力，組裝材料涉及功能性聚電解質(zhì)、生物活性分子、納米粒子、有機(jī)/無機(jī)微粒、細(xì)菌、病毒等。在組織工程領(lǐng)域，運(yùn)用層層組裝技術(shù)修飾支架材料具有如下優(yōu)勢1.組裝分子的選擇范圍廣泛，生物活性分子(如蛋白質(zhì)、多糖、DNA等)都含有分子間相互作用位點(diǎn)，合適的條件下可以用于組裝；2.制備工藝簡單，通過簡單的交替浸涂技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在分子水平上對支架結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)計(jì)；3.制備條件溫和，可在常溫水溶液中進(jìn)行，從而保持生物分子的天然活性，不影響其物理化學(xué)性質(zhì)；4.適用的基體材料種類多，對基體材料的體型結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)，并可在具有復(fù)雜體型結(jié)構(gòu)的裝置和材料上實(shí)現(xiàn)。通過層層組裝技術(shù)把細(xì)胞外基質(zhì)組分直接固定在材料表面，從而在材料表面覆蓋一層細(xì)胞外基質(zhì)，使材料的細(xì)胞相容性明顯提高,這類研究已成為細(xì)胞相容性材料研究中的熱點(diǎn)。采用人為的方式形成材料一細(xì)胞外基質(zhì)復(fù)合層，可通過選擇特定細(xì)胞外基質(zhì)(如促進(jìn)細(xì)胞黏附的透明質(zhì)酸、軟骨素、纖維粘連蛋白、膠原等)或類細(xì)胞外基質(zhì)，改善細(xì)胞在材料表面的黏附及生長性能，是一種簡單有效的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對組織工程支架表面修飾中存在的有機(jī)試劑殘留，過程復(fù)雜，成本過高等問題，本專利技術(shù)的目的在于運(yùn)用層層組裝技術(shù)修飾組織工程支架，提供一種簡單實(shí)用，可控性強(qiáng)，清潔低成本的方法修飾組織工程支架。一種修飾組織工程支架的方法，包括如下步驟a.將組織工程支架浸于活性組分I水溶液中f 8小時(shí)；b.將完成步驟a的組織工程支架取出并清洗掉多余的活性組分I ;c.將完成步驟b的組織工程支架浸于活性組分II水溶液中廣8小時(shí)；d.將完成步驟c的組織工程支架取出并清洗掉多余的活性組分II ;e.重復(fù) a_d 步驟 η 次,O < η < 100。其中，所述組織工程支架、活性組分I或活性組分II之間是通過靜電、氫鍵、范德華力、疏水作用、共價(jià)鍵、分子特異性識(shí)別作用中的至少一種作用力相互結(jié)合的。所述活性組分I和活性組分II可以根據(jù)所修飾組織工程支架表面分子的電荷、組成、化學(xué)鍵以及目標(biāo)組織的細(xì)胞外基質(zhì)成分等因素選擇。優(yōu)選地，所述活性組分I在其水溶液中的質(zhì)量百分比為O. riwt. % ;所述活性組分II在其水溶液中的質(zhì)量百分比為O. riwt. %0進(jìn)一步地，所述活性組分I是軟骨素、透明質(zhì)酸、肝素、粘多糖、纖維粘連蛋白、層連蛋白中的至少一種；所述活性組分II是殼聚糖、賴氨酸、膠原中的至少一種。所述組織工程支架包括水凝膠支架，優(yōu)選地，所述組織工程支架是由凝膠組分通過交聯(lián)劑相互交聯(lián)獲得水凝膠支架。進(jìn)一步地，所述凝膠組分是殼聚糖本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種修飾組織工程支架的方法，其特征在于，包括如下步驟：a．將組織工程支架浸于活性組分Ⅰ水溶液中1~8小時(shí)；b．將完成步驟a的組織工程支架取出并清洗掉多余的活性組分Ⅰ；c．將完成步驟b的組織工程支架浸于活性組分Ⅱ水溶液中1~8小時(shí)；d．將完成步驟c的組織工程支架取出并清洗掉多余的活性組分Ⅱ；e．重復(fù)a?d步驟n次，0≤n≤100。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：杜明春，戴建武，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：