[发明专利]一种复合导电材料的心肌仿生支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于组织工程领域，具体涉及一种复合了氧化石墨烯的明胶水凝胶心肌仿生支架及其制备方法。

背景技术

心血管疾病诱发多种严重的并发症，例如心肌梗死，从而导致心肌坏死和心肌细胞的缺失和死亡，在全球疾病致死率中居于首位，严重影响和危害着人类的健康和生活。目前心脏疾病的治疗方法主要为心脏移植和安装左心室辅助装置(LVADs)。但是心脏移植面临捐赠器官有限的问题且LVADs所需费用昂贵。心肌组织工程的目的是在可模拟体内心肌组织、由细胞和/或生物材料组成的支架的引导作用下实现受损心肌的修复或者在体外进行药物筛选，排除可能会引起心脏毒性副作用的药物。心肌组织结构复杂，心肌层排列紧密，且构成心肌层的心肌细胞排列高度有序，首尾相连的心肌细胞与心肌内其他细胞通过末端的连接盘(包括缝隙连接和其他粘着位点)相互联系，传导分子信号及收缩力的信号。在体内，心肌细胞能够顺应循环系统中急性或慢性的变化。心肌组织具有丰富且复杂的电生理活动，跳动的心肌细胞产生电信号，传播至整个心脏，引起细胞膜电位的去极化以及心肌细胞的收缩程序。因此组织工程化的心肌组织应当能够满足体内心肌特异的、高度有序的空间结构，为细胞提供软硬度适宜的支撑，还应当具备利于支架上的细胞传递电信号的性能，在结构和功能上同时模拟在体心肌组织。近些年来，开始有研究在仿生支架中复合导电材料(如纳米金，碳纳米纤维等)，增强支架的导电性。最近的一些研究结果表明复合导电材料的混合支架上的心肌细胞的代谢活动比单独的支架上的更为活跃，导电材料可能增强细胞间的电信号传导，促进与收缩和电耦合的心肌特异基因的表达上调，改善心肌支架的性能。氧化石墨烯由石墨经强酸氧化而成，是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团，具有一定的导电性。Shin等人在明胶-甲基丙烯酸甲酯接枝共聚物中掺入氧化石墨烯并利用3T3细胞研究其细胞相容性，但3T3细胞为成纤维细胞系，增殖能力强并可持续传代，而心肌细胞为原代细胞，无法增殖，其特性与3T3细胞相差很大。(Shin S R,Aghaei‐Ghareh‐Bolagh B,Dang T T,et al.Cell‐laden Microengineered and Mechanically Tunable Hybrid Hydrogels of Gelatin and Graphene Oxide[J].Advanced Materials,2013,25(44):6385-6391.)

发明内容

本发明目的在于提供一种复合导电材料氧化石墨烯的、导电性能增强的、可促进心肌细胞生长和改善心肌细胞功能的仿生支架。本发明的另一目的还在于提供一种复合导电材料氧化石墨烯的、导电性能增强的、可促进心肌细胞生长和改善心肌细胞功能的仿生支架的制备方法。

为了达到发明目的，本发明采用的技术方案是：

所述复合导电材料的心肌仿生支架，采用氧化石墨烯与明胶在水中进行复合，复合所得到的氧化石墨烯-明胶水凝胶再用京尼平进行交联。

所述的仿生支架中氧化石墨烯的浓度为0.3mg/mL～1.0mg/mL。明胶溶解于氧化石墨烯水溶液后，溶液体积不变，因此氧化石墨烯水溶液浓度不变。

所述的仿生支架中明胶的质量体积比为6％～20％。

所述的仿生支架表面具有可引导心肌细胞高度有序生长排列的微结构。

所述微结构为平行排列的沟槽结构。

所述沟槽结构的沟和嵴的宽度均为5μm～25μm，沟与嵴的高度差为0.5μm～1μm。

更优选地，所述沟槽结构的沟和嵴的宽度均为10～20μm。

进一步优选地，所述沟槽结构的沟和嵴的宽度均为15μm。

所述仿生支架的制备方法的具体过程如下，首先将明胶溶于0.3mg/mL～1.0mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，得到明胶的质量体积比为6％～20％的氧化石墨烯-明胶溶液；然后吸取所得氧化石墨烯-明胶溶液成胶，即可得到表面无微结构的氧化石墨烯-明胶水凝胶；最后称取京尼平，用溶剂溶解，得到质量体积比为0.1％～1.0％的京尼平溶液，再将所述无微结构的氧化石墨烯-明胶水凝胶浸泡于所述京尼平溶液中，置于5℃～30℃下中交联4小时～72小时，交联完毕后，用超纯水清洗支架，最终制备得到所述的仿生支架；所述用于溶解京尼平的溶剂为水或浓度为10mM且pH为7.4的HEPES缓冲液。