專利名稱：可降解皮膚組織工程支架材料及其制備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種生物醫(yī)學(xué)組織工程領(lǐng)域的材料，特別是采用自然界的多糖類物質(zhì)利 用共混法來制備皮膚組織工程支架的方法。
背景技術(shù)：
組織工程皮膚是組織工程學(xué)中發(fā)展最早、最成熟的領(lǐng)域，最早的研究是從天然材料開始， 后來為天然材料和合成材料的復(fù)合，直到現(xiàn)在為合成材料和生物材料的雜化、交聯(lián)、互傳網(wǎng) 絡(luò)，以及最近的人工合成類天然材料——仿生材料。但目前的材料仍存在一些缺陷，為了滿 足體外人工器官的構(gòu)建，生物可降解材料的生物相容性、理化性能、體內(nèi)降解速率、緩釋性 能以及滿足特定組織要求的支架制備方法和工藝都需要得到進(jìn)一步的完善和改性。與其他醫(yī) 學(xué)應(yīng)用中的生物材料性能不同，組織工程支架材料作為細(xì)胞生長代謝的外環(huán)境，其生物相容 性是材料選擇的關(guān)鍵。
雖然目前有自體皮移植、異體皮移植等諸多方法，但都存在一定局限性。組織工程皮膚 在臨床上應(yīng)用成功給皮膚缺損患者帶來了希望。針對(duì)目前研究應(yīng)用于組織工程皮膚高分子薄 膜的吸濕性和透水性差的問題，我們提出制備以魔芋葡甘聚糖為基的共混膜。魔芋葡甘聚糖 具有良好的成膜和凝膠性，并具有良好的生物降解性、生物相容性、 一定的生物活性等功能， 同時(shí)特殊的分子結(jié)構(gòu)使其具有較好的吸濕性和透水性，因此魔芋葡甘聚糖作為一種新型的生 物材料，近幾年在組織工程領(lǐng)域的研究已日益活躍；膠原蛋白是肌體自然蛋白，對(duì)皮膚表面 的蛋白質(zhì)分子具有較大的親和力、較弱的抗原性、良好的生物相容性和生物降解安全性，可 降解吸收，粘著力好，具有獨(dú)特的皮膚修復(fù)功能，在皮膚組織工程中已經(jīng)有了較深入的研究。 膠原原纖維的基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原分子，其相對(duì)分子質(zhì)量約為1><104 3><105道爾頓。其 氨基酸組成比較特殊(表1)，甘氨酸含量約占1/3,脯氨酸和羥脯氨酸約占1/4。原膠原分子在 膠原原纖維中有規(guī)則地相互錯(cuò)位，首尾相隨，平行排列而成纖維束。每個(gè)原膠原分子由三條a-肽鏈組成，a-肽鏈自身為a螺旋結(jié)構(gòu)，三條a-肽鏈則以平行、右手螺旋形成纏繞成"草繩狀，， 三股螺旋結(jié)構(gòu)(圖1)，氨基酸排列順序是十分規(guī)整的，幾乎每隔兩個(gè)氨基酸殘基，便出現(xiàn)一 個(gè)甘氨酸，且甘氨酸(Gly)—脯氨酸(Pro)—羥脯氨酸(Hyp)的三連順序經(jīng)常出現(xiàn)。膠原中3條多 肽鏈通過離子鍵、氫鍵、非極性基團(tuán)疏水鍵和一些交聯(lián)鍵(醛醇縮合、醛鞍縮合、醛醇組胺 酸交聯(lián))形成側(cè)聯(lián)接(側(cè)鏈連接)、賴氨酸在膠原的交聯(lián)中起主要作用。 以下為II型膠原的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
殼聚糖(CS)是甲殼素的脫乙?；苌?，其結(jié)構(gòu)與硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸等物質(zhì)類似， 是一種由2-氨基-2-脫氧-P-D-葡萄糖通過p-l，4糖苷鍵聚合的天然聚陽離子多糖，分子量 "104 3><105道爾頓。其分子結(jié)構(gòu)式如下所示
<formula>formula see original document page 5</formula>酸性氨基酸(天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺)11.5 12.5
堿性氨基酸(賴氨酸、精氨酸、組氨酸)8.5 9.5
其他氨基酸賴
殼聚糖是甲殼素脫乙酰后的一系列堿性多糖(pKa-6.3)，具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)特征、化學(xué) 性質(zhì)及生物功能。它能與細(xì)胞負(fù)電成分呈現(xiàn)非特異相互作用，具有良好的生物相容性和生物 可降解性，并可調(diào)控生物活性分子釋放，降解產(chǎn)物為對(duì)人體無毒的N-乙酰胺基葡萄糖和氨基 葡萄糖，降解過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物在體內(nèi)不積累，無免疫源性，殼聚糖具有優(yōu)良的生物相 容性、保濕性能、成膜性能等功能，在皮膚修復(fù)中己得到廣泛的應(yīng)用。魔芋葡甘聚糖(KGM)，主鏈由D-甘露糖和D-葡萄糖以(3-1，4吡喃糖苷鍵鏈接的雜多糖， 在甘露糖主鏈的C3位上存在著通過卩-1，3鍵結(jié)合的支鏈結(jié)構(gòu)，大約每32個(gè)糖殘基上有3個(gè)左 右支鏈，支鏈只有幾個(gè)殘基的長度，并且某些糖殘基上可能有乙?；?，約每19個(gè)糖殘基上有 一個(gè)，以酯的方式相結(jié)合。其分子量為lxl()6 2xl06道爾頓，1%的KGM水溶膠粘度為10"4 mPa，s， KGM的分子結(jié)構(gòu)式如下所示
o
h20h h20h h20h ch2oh ch2-。-H-ch3 ch20h
fH20h
M G
目前以魔芋葡甘聚糖為基的載體己有廣泛的應(yīng)用，而且以魔芋葡甘聚糖為基的細(xì)胞播植 支架材料已經(jīng)取得了一些進(jìn)展。劉學(xué)旭、王碧等進(jìn)行了膠原/葡甘聚糖/硫酸軟骨素復(fù)合膜對(duì) 全層皮膚損傷修復(fù)的研究，結(jié)果表明這種復(fù)合物生物相容性良好、有促進(jìn)皮膚結(jié)構(gòu)再生的能 力且無明顯的免疫排斥反應(yīng)。因此，本發(fā)明提出的采用自然界的多糖類物質(zhì)利用共混法來制 備皮膚組織工程支架的方法，將可能解決薄膜吸濕性和透水性差及形成積液而導(dǎo)致細(xì)菌繁殖 的問題，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的自體皮移植治療，在皮膚組織工程的修復(fù)中應(yīng)具有較好的研究意義和 廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服魔芋葡甘聚糖、II型膠原、殼聚糖三者單獨(dú)使用的不足，以期采 用自然界的多糖類物質(zhì)(魔芋葡甘聚糖、II型膠原、殼聚糖)利用共混法來制備皮膚組織工 程支架的方法。本發(fā)明為一種高分子材料應(yīng)用于皮膚或神經(jīng)修復(fù)，制得的膜的力學(xué)性能和降 解性能、吸水率、水蒸氣透過系數(shù)均很理想。
本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
先分別配制II型膠原的甘油溶液、殼聚糖的質(zhì)子化溶液，將其共混均勻，加入定量的魔 芋葡甘聚糖精粉，持續(xù)攪拌成溶膠狀。將凝膠樣品置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡，取出靜置后， 澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。所述的殼聚糖的質(zhì)子化溶液中所采用的質(zhì)子化酸可為檸檬酸、甲酸、乙酸、丙酸、乳酸 或馬來酸中的任一種。
所述的II型膠原溶液，其濃度范圍為0.1wt。/。 10wt。/。，最佳濃度范圍為0.5wt% 5wt%; 甘油溶液的濃度范圍為0.1wt% 10wt%，最佳濃度范圍為0.25wt% 2.5wt%。
所述的殼聚糖的質(zhì)子化溶液為，用質(zhì)子化酸來溶解殼聚糖，所配的殼聚糖的溶液濃度范 圍為0.1wt% 10wt%，最佳濃度范圍為0.25wt% 5wt%。
將上述II型膠原的甘油溶液、殼聚糖的質(zhì)子化溶液混合，加入魔芋葡甘聚糖精粉，II型 膠原的濃度范圍為0.05wt% 10wt%，最佳濃度范圍為0.25wt% 5wt%;殼聚糖的濃度范圍 為0.05wte/。 10wtM，最佳濃度范圍為0.25wt。/。 5wtM;魔芋葡甘聚糖的濃度范圍為0.1wt% 25wt%，最佳濃度范圍為0.5wt% 2wt%。
所述最終混合液的攪拌時(shí)間約為10 60min而成溶膠狀，將凝膠樣品進(jìn)行真空脫泡，真 空度為10 200Pa,抽真空為10 60min，澆制膜恒溫干燥溫度為60 70°C，干燥時(shí)間為5 9h。
所述的膜用于生物相容性實(shí)驗(yàn)時(shí)，用堿性溶液進(jìn)行處理使其有酸性膜轉(zhuǎn)化為中性或微堿 性膜，其用量與質(zhì)子化酸用量匹配。
所述的堿性溶液采用氨水、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、氫氧化鈉、氫氧化 鉀的任一種。


圖1為II型膠原的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一歩詳細(xì)描述,但發(fā)明并不限于此。本發(fā)明中wtX為質(zhì)量 百分比。
實(shí)施例1 將0.1wty。的II型膠原的0.1wt。/。的甘油溶液與0.1wt。/。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液 混合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制0.1wtn/。的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡，取出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
實(shí)施例2 將10wty。的n型膠原的10wtr。的甘油溶液與10wty。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液混
合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制25wty。的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡，
取出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
實(shí)施例3 將0.lwty。的n型膠原的10wtw的甘油溶液與0.lwty。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液 混合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制o.iwty。的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡， 取出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
實(shí)施例4 將0.1wty。的II型膠原的0.1wtM的甘油溶液與10wty。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液 混合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制0.1wt"/。的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡， 取出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
實(shí)施例5 將0.1wty。的II型膠原的0.1wt。/。的甘油溶液與0.1wtn/。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液 混合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制25wty。的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡，
取出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
實(shí)施例6將10wty。的II型膠原的0.1wt。/。的甘油溶液與0.1wtn/。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液混
合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制0.1wtn/。的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡，
取出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
實(shí)施例7將10wtc/o的II型膠原的0.1wt。/。的甘油溶液與10wtc/。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液混
合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制0.1wtn/。的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡，
取出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
實(shí)施例8將10wt。/。的II型膠原的0.1wtn/。的甘油溶液與0.1wt。/。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液混 合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制25wt。/。的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡，
取出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
實(shí)施例9將lwt。/。的II型膠原的0.8wt。/。的甘油溶液與lwt。/。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液混
合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制lwto/。的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡，取
8出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
實(shí)施例io將lwt。/。的n型膠原的10wt。/。的甘油溶液與10wty。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液混
合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制25wtn/。的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡， 取出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
實(shí)施例11將10wt。/。的II型膠原的0.8wt。/。的甘油溶液與lwt。/。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液混
合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制lwty。的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡，取
出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
實(shí)施例12將lwt。/。的II型膠原的0.8wt。/。的甘油溶液與lwty。的殼聚糖的質(zhì)子化溶液混 合，加入魔芋葡甘聚糖精粉配制25wtM的溶液攪拌至凝膠狀，置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡， 取出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫干燥揭膜。
9
權(quán)利要求
1、一種可降解皮膚組織工程支架材料，其特征在于該材料含有以下成分II型膠原(COL)的甘油溶液、殼聚糖(CS)的質(zhì)子化溶液和魔芋葡甘聚糖(KGM)，該材料化學(xué)分子式為[COL]l·[CS]m·[KGM]n，II型膠原的甘油溶液、殼聚糖的質(zhì)子化溶液以及魔芋葡甘聚糖的質(zhì)量比例為[COL]l∶[CS]m∶[KGM]n＝(1.4wt％～73.2wt％)∶(1.4wt％～73.2wt％)∶(14.3wt％～85.7wt％)，所述膠原蛋白以膠原原纖維或成膠原纖維的形式存在。
2、 按照權(quán)利要求1所述的可降解皮膚組織工程支架材料，其特征在于所述的殼聚糖 的質(zhì)子化溶液中所采用的質(zhì)子化酸可為檸檬酸、甲酸、乙酸、丙酸、乳酸或馬來酸中的任一 種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可降解皮膚組織工程支架材料，其特征在于，所述的II型膠 原溶液，其濃度范圍為0.1wt% 10wt%，最佳濃度范圍為0.5wt% 5wt%;甘油溶液的濃度 范圍為0.1wt% 10wt°/。，最佳濃度范圍為0.25wt% 2.5wt°/。；所述的殼聚糖的質(zhì)子化溶液為， 用質(zhì)子化酸來溶解殼聚糖，所配的殼聚糖的溶液濃度范圍為0.1wty。 10wtM，最佳濃度范圍 為0.25wt。/。 5wt。/。;魔芋葡甘聚糖的濃度范圍為0.1wt。/。 25wto/。，最佳濃度范圍為0.5wt% 2wt%。
4、 一種可降解皮膚組織工程支架材料的制備方法，其特征在于，先分別配制n型膠原 的y油溶液、殼聚糖的質(zhì)子化溶液，將其共混均勻，加入定量的魔芋葡甘聚糖精粉，持續(xù)攪 拌成溶膠狀，將凝膠樣品置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡，取出靜置后，澆入模具中成膜，恒溫 干燥揭膜。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可降解皮膚組織工程支架材料的制各方法，其特征是，所述 的II型膠原溶液，其濃度范圍為0.1wt% 10wt%，最佳濃度范圍為0.5wt% 5wt%;甘油溶 液的濃度范圍為0.1wt% 10wt%，最佳濃度范圍為0.25wt% 2.5wt°/。。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可降解皮膚組織工程支架材料的制備方法，其特征是，所述 的殼聚糖的質(zhì)子化溶液為，用質(zhì)子化酸來溶解殼聚糖，所配的殼聚糖的溶液濃度范圍為 0.1wt% 10wt%，最佳濃度范圍為0.25wt% 5wt%;乙酸溶液的濃度范圍為0.01wt% 20wt%，最佳濃度范圍為0.25wt% 5wt%。
7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的可降解皮膚組織工程支架材料的制備方法，其特征是，將II型膠原的甘油溶液、殼聚糖的質(zhì)子化溶液混合，加入魔芋葡甘聚糖精粉，n型膠原的濃度范圍為0.05wt% 10wt%，最佳濃度范圍為0.25wt% 5wt%;殼聚糖的濃度范圍為0.05wt% 10wt%，最佳濃度范圍為0.25wt% 5wt%;魔芋葡甘聚糖的濃度范圍為0.1wt% 25wt%，最 佳濃度范圍為0.5wt% 2wt%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可降解皮膚組織工程支架的制備方法，其特征是，溶膠狀最 終混合液的攪拌時(shí)間為10 60min，凝膠狀樣品的真空脫泡的真空度為10 200Pa,抽真空時(shí) 間為10 60min，所澆制膜恒溫干燥溫度為60 70°C，干燥時(shí)間為5 9h。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可降解皮膚組織工程支架材料的制備方法，其特征是，將所 制膜用于生物相容性實(shí)驗(yàn)時(shí)，用堿性溶液進(jìn)行處理使其由酸性膜轉(zhuǎn)化為中性或微堿性膜，其 用量應(yīng)與質(zhì)子'化酸用量相匹配。
10、 按照權(quán)利要求9所述的可降解組織工程支架材料的制備方法，其特征在于所述的 堿性溶液采用氨水、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、氫氧化鈉、氫氧化鉀的任一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物醫(yī)學(xué)組織工程領(lǐng)域的材料，特別是采用自然界的多糖類物質(zhì)利用共混法來制備皮膚組織工程支架的方法。先分別配制II型膠原的甘油溶液、殼聚糖的質(zhì)子化溶液，將其共混均勻，加入定量的魔芋葡甘聚糖精粉，持續(xù)攪拌成溶膠狀。將凝膠樣品置于真空脫泡裝置進(jìn)行脫泡，取出靜置后，澆入模具中成膜恒溫干燥揭膜即可。本發(fā)明為一種高分子材料應(yīng)用于皮膚或神經(jīng)修復(fù)，制得的膜的力學(xué)性能和降解性能、吸水率、水蒸氣透過系數(shù)均很理想。本發(fā)明涉及一種可降解皮膚組織工程支架材料及其制備的方法。
文檔編號(hào)A61L27/60GK101507834SQ20081005867
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者李娜娜, 楊喜昆, 陳慶華 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)