[发明专利]一种抗细胞衰老的骨组织工程支架材料及其应用

说明书

技术领域

 本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种抗细胞衰老的骨组织工程支架材料及其制备方法与应用。

背景技术

骨组织的重要性和骨相关疾病带来的危害，加速了骨组织工程的发展。在此大背景下，骨组织工程因具有治疗骨相关损伤或疾病的巨大潜力，而成为修复损伤器官的新的前沿的方法。通常而言，骨组织工程的研究包含了三大元素：支架、细胞和生长因子。

上述三者中，对支架的研究是目前研究较为活跃的领域之一。近年来，许多研究者开发出了多种生物可降解材料，以应用于支架的构建。如聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、共聚合乳酸乙醇酸（PLGA）和聚己内酯（PCL）等，在组织工程支架构建上显示出了良好的生物适应性。然而，随着骨组织工程的发展，单一的材料并不能满足其需要。目前，骨组织工程要求所用支架既是理想的骨替代物，又同时具有能够诱导骨细胞形成矿化组织的性能。因此，作为关键因素之一，构建和修饰支架同样值得我们关注。

尽管目前已开发出多种修饰骨组织工程支架的方案，但开发出最接近理想的技术仍然是一种挑战。近期研究表明，碳纳米管（CNT）具有优良的性能，使其覆盖材料表面以后，可以加速细胞的生长。但是，因为CNT缺乏良好的分散性而引起的体内毒性，所以，CNT的毒性和生物相容性缺陷同样存在。

在组织工程领域，生长因子是三要素之一，而在骨组织工程中，胰岛素类生长因子-1（IGF-1）等生长因子被认为是有效地加速骨相关细胞生长的生长因子，从而倍受重视。同时，细胞衰老是骨组织工程中值得关注的另一个问题。细胞衰老由许多原因引起，且许多蛋白关联到此过程中。

目前本领域当中尙未有相关碳纳米管光接枝胰岛素类生长因子制备抗细胞衰老的骨组织工程支架材料的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术在研究抗细胞衰老的骨组织工程支架材料方面的不足，提供一种抗细胞衰老的骨组织工程支架材料。

本发明的另一个目的是提供上述骨组织工程支架材料的应用。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种抗细胞衰老的骨组织工程支架材料，通过如下步骤制备得到：

S1. 碳纳米管CNT功能化改性，所述功能化改性包括羧基化改性或羟基化改性；

S2. 将羧基化后的CNT与无水乙醇制成羧基化CNT悬浮液，浓度为0.1~0.3 mg/mL；将羟基化后的CNT与无水乙醇制成羟基化CNT悬浮液，浓度为0.1~0.3 mg/mL；

S3. 制备光活性胰岛素类生长因子-1（IGF-1），将IGF-1与N-琥珀酰亚胺酯按质量比为4~6：16~18混合反应、离心、干燥制得光活性IGF-1；

S4. 将光活性IGF-1溶于磷酸缓冲液PBS中，配制浓度为0.5~1.5 ng/μL的光活性IGF-1溶液；

S5. 将基础支架聚己内酯-聚乳酸PCL-PLA支架裁剪成合适大小，先采用过氧化氢溶液预处理，然后置于羟基化CNT悬浮液中震荡100~140 min，风干后再置于羧基化CNT悬浮液中静置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、紫外灯照射后即得产品IGF-1、CNT共修饰型支架（IGF-CNT-PCL-PLA）。

作为一种实施方案，步骤S1中所述羧基化改性的具体步骤为将CNT分散于浓度为2.5 mol/L的硝酸溶液中，超声与搅拌交替处理48 h后将CNT离心分离、洗涤、干燥；然后再将干燥后的CNT分散于浓硝酸与浓硫酸体积比为1:3的混酸溶液中，超声与搅拌处理4 h 后将CNT离心分离、洗涤、干燥；最后将干燥后的CNT分散于质量分数为20%的过氧化氢水溶液，超声与搅拌交替处理2 h，洗涤、干燥后备用。优选地，所述羧基化改性的原料CNT为长1~2μm、直径60~100nm的短碳纳米管S-CNT。

优选地，所述硝酸溶液、混酸溶液或过氧化氢水溶液的用量为100 mL每1g CNT。

作为一种实施方案，步骤S1中所述羟基化改性的具体步骤为将CNT与KOH按质量比1：7~8混合，分散于无水乙醇中并超声与搅拌交替处理15h，洗涤、干燥后备用。优选地，所述羟基化改性的原料CNT为长5~15μm、直径10~20nm的长碳纳米管L-CNT。

优选地，所述无水乙醇的用量为100 mL每1g CNT。