[发明专利]一种在组织工程支架上定量装载生长因子的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，尤其是一种在组织工程支架中运用层层 组装技术定量装载生长因子的方法。

背景技术

生物支架的制备是组织工程学研究的重要内容之一，理想的生物支架应 具备以下特性：1.具有良好的生物相容性，能促进细胞的黏附并为细胞在其 表面增殖提供适宜的微环境，在体外培养时无细胞毒性，植入体内时不会引 起机体炎症和排斥反应；2.具有三维立体结构，内部互相贯通形成开放孔道 结构，为细胞提供足够的黏附空间，并利于营养物质和代谢产物的传输；3. 具有生物可降解性，与细胞的增殖速度相匹配，且降解产物对细胞繁殖无害， 容易被机体代谢或吸收；4.可塑性强，方便构建与需要再生、修复的组织器 官相同的外形；5.具有与被移植组织器官相适应的力学性能；6.方便消毒杀 菌处理，且不影响材料的性质。

生长因子是细胞分泌的、具有诱导和刺激细胞增殖、维持细胞存活等生 物效应的水溶性蛋白质，对细胞增殖、组织或器官的修复和再生都具有重要 的促进作用，是组织工程的关键因素之一。一般来讲，生长因子在水中及室 温环境下很容易失去活性，因此直接使用生长因子会因为环境因素而失活, 达不到预期的生物效应。将药物控释技术引入组织工程，即由适宜的支架材 料装载各种生长因子，在准确的时间和部位按一定剂量向种子细胞持续释放， 从而促进细胞的生长和分化，能有效引导组织再生。

生长因子装载于组织工程支架上的方法主要有共混、凝胶、微球包埋及 化学键合4种，其结合方式不同造成生长因子的释放机制也有所差异。1.共 混的方法是将生长因子直接与生物材料混和成型得到多孔的三维支架，是最 简单的装载方法。然而，由于大多数加工成型过程在高温或有机溶剂的条件 下进行,极易造成生长因子的失活。简单的共混使生长因子与材料之间没有 任何相互作用，仅靠扩散实现生长因子地释放，不易实现对释放速率的控制， 极易出现突释现象。2.凝胶的方法是指将生长因子固定在凝胶的交联网络 中，随着交联键的断裂和凝胶支架的水解缓慢地释放生长因子。凝胶是组织 工程中常用的支架材料，它不但具有良好的亲水性、生物降解性,而且其交联 网络的多孔结构利于细胞活性物质的传递和细胞的迁移。采用凝胶法将生长 因子固定在凝胶网络中，生长因子释放速率受凝胶降解速率的控制，因而对 生长因子控释效率大大提高。但是，在化学交联过程中生长因子也容易被破 坏而失去活性。3.微球包埋的方法是将生长因子包埋于聚合物微球中形成胶 囊从而控制释放生长因子的方法。其中载体多为生物相容性良好且可生物降 解的聚合物材料。生长因子凭借扩散作用和聚合物载体的降解而释放，因此 其释放速率可由载体的降解速率控制。生长因子在微球内部不受周围环境的 影响，可以较好地保持其生物活性。微球包埋法使高分子载体支架对生长因 子有了进一步的控制。但是由于载体和生长因子之间仍然没有任何相互作用， 对其释放的控制只停留在物理水平上。4.化学键合的方法是采用化学的方法 将生长因子键合在载体支架上，可以对生长因子的释放提供更精确的控制。 可逆的化学键合可以通过载体周围生长因子浓度的变化来促进生长因子的释 放。不可逆的化学键合可以将生长因子固定在载体材料内部，通过调节载体 材料的降解、化学键的断裂而达到生长因子的持续释放。所使用的载体多为 生物降解性好的亲水性聚合物，其中的亲水基团对生长因子有很好的亲和力, 可以减少其变性的可能性。

以凝胶装载生长因子的方法为例，Lee等将不同量的血管内皮生长因子 (VEGF)或成纤维细胞生长因子(FGF)加入海藻酸钠的溶液中，搅拌均匀后加 入硫酸钙水溶液中，由于Ca²⁺与海藻酸盐中带有负电的羧酸基团发生离子间 相互作用使体系凝胶化，得到装载生长因子的水凝胶支架。两种生长因子在 培养基中的释放曲线见图1。(Kuen Yong Lee,Martin C.Peters,David J.Mooney. Comparison of vascular endothelial growth factor and basic fibroblast growth factor  on angiogenesis in SCID mice.Journal of Controlled Release,2003,87,49-56.)

上述凝胶法装载并释放生长因子的缺点在于：