[发明专利]一种基于OPF水凝胶为液态支架的可注射性心肌组织工程产品

说明书

技术领域

本发明属于组织工程与再生医学领域，特别涉及一种以低聚乙二醇延胡索酸酯(OPF) 水凝胶为支架制造的可注射性心肌组织工程产品。

发明背景

缺血性心脏病及随之发生的心力衰竭的发病率及死亡率在全球逐年上升，心血管系统疾 病已经成为人群中尤其是老年人致死致残的主要原因之一，是当今医疗界的主要难题之一。 目前治疗手段包括药物、冠状动脉介入治疗、冠状动脉旁路手术等，虽然这些手段在一定程 度上可以缓解患者症状，但均难以从根本上恢复心肌细胞数量，改善心脏舒缩功能。心脏病 患者在晚期往往需要进行器官移植，但因可供移植的器官数量有限，每年均有大批心脏病患 者因得不到有效治疗而失去治疗机会。

心肌细胞是终末分化细胞，心梗发生后心肌不能再生，死亡的心肌由无收缩功能的纤维 结缔组织代替而导致心功能衰竭。内源性再生机制不足以代偿心肌梗死后的心肌细胞死亡。 药物治疗能延缓疾病的自然过程，但并不能逆转。因此，移植外源性细胞再生心肌策略得到 越来越多的关注。动物实验和初期的临床研究表明细胞移植可取代坏死心肌细胞，改善心肌 梗死区弹性，刺激血管新生，限制梗死区变薄，调整存活心肌细胞对梗死区的反应，防止左 室扩大及进展性心衰。细胞移植作为一种治疗心肌梗死的新兴的组织工程学方法，成为近年 来各国心血管病研究者关注的焦点。各种来源和不同发育阶段的细胞都已经被尝试移植到健 康和患病的心脏中，包括胎儿心肌细胞、骨骼成肌细胞、骨髓细胞、内皮祖细胞、间充质干 细胞、内在的心脏干细胞以及小鼠和人胚胎干细胞、克隆的胚胎中获得的c-kit阳性的胎儿肝 干细胞。其中胚胎干细胞(ES)具有无限或几乎无限的自我更新能力并具有向心肌细胞分化 的潜力使其成为基于细胞的心脏治疗的炙手可热的细胞来源。

虽然很多研究报道表明单纯细胞在心梗部位注射能使各种不同疾病模型中的心脏功能得 到恢复，但是仍然存在很多问题。首先是滞留的细胞数变化极大，使得移植物的体积不可预 测；其次是移植细胞的大量死亡，许多研究指出大约90％的成功注射到心脏的细胞在第一周 内就死亡了。建立简单易行的实验方法，使用可注射的生物材料作为一种细胞移植的基质， 来增加细胞滞留及存活，将有助于这一策略应用到临床。目前，有研究证明纤维蛋白胶、 Matrigel、海藻酸盐溶液可以改善梗死心肌中细胞移植物的保持力和存活力，控制梗死的扩大 以及诱导新血管的生成。

低聚乙二醇延胡索酸酯(oligo(poly(ethylene glycol)fumarate)hydrogels(OPF))是一种具 有良好生物相容性与可生物降解能力的新型生物材料。OPF是一种水溶性大单体，由聚乙二 醇和延胡索酸酯交替组成，具有很好的亲水性。OPF水凝胶能够携带多种不同的细胞与生长 因子，是一种优良的可注射性载体。目前OPF水凝胶主要应用于软骨及骨组织工程，用于研 制和开发可注射性心肌组织工程产品至今尚未见报道。

发明内容

本产品首次采用OPF水凝胶为支架构建可注射性组织工程心肌产品，将其注射到跳动的 心脏缺血损伤心肌内，以期达到改善提高移植细胞滞留及存活，修复大面积心梗疤痕并且改 善心脏功能的目的。本发明提供一种基于OPF水凝胶的可注射性组织工程化心肌的产品，其 特征是为心肌再生提供一种新的产品。

因此，本发明的第一个发明目的是提供制备作为可注射性液态支架的OPF水凝胶的方法， 包括：

(1)OPF的制备

通过聚乙二醇(PEG)，富马酰氯和三乙胺(摩尔比1∶0.9∶0.9)一步法反应制备。共沸 蒸馏后，PEG被溶于二氯甲烷且富马酰氯和三乙胺在几个小时中被逐滴加入，同时反应烧瓶 维持在0℃。然后室温下搅拌1-2天以保证最大转化。

为了纯化低聚物，通过旋转蒸发除去溶剂，之后在乙酸乙酯中溶解产物。溶液过滤除去 反应中氯离子与三乙胺生成的盐，低聚物在乙酸乙酯中重结晶两次。最后纯的OPF在乙醚中 沉淀出来，并真空干燥(＜1mmHg)得到粉末固体。

纯化的OPF储存在-20℃并且在使用前通过暴露于环氧乙烷中16小时来灭菌。

(2)可注射性组织工程心肌产品的OPF水凝胶的制备