[发明专利]核酸-磷酸钙纳米颗粒复合物及其在生物矿化中的应用

说明书

本发明涉及核酸‑磷酸钙纳米颗粒复合物及其在生物矿化中的应用。具体而言，本发明涉及一种生物矿化剂和其制备方法，所述矿化剂包含核酸与无定形磷酸钙纳米颗粒形成的复合物。本发明还涉及包含所述生物矿化剂或用所述生物矿化剂处理的胶原纤维制品，例如用于植入患者的医疗器械。本发明还涉及所述生物矿化剂或者胶原纤维制品用于在患者中治疗骨相关疾病或病症或者改善骨况状的用途。本发明还涉及使用生物矿化剂诱导胶原纤维仿生矿化或制备矿化的胶原纤维制品的方法。

技术领域

本发明涉及骨组织工程领域及生物材料领域，具体涉及核酸-磷酸钙纳米颗粒复合物在仿生矿化中的应用，包括矿化胶原复合材料的制备及应用，以及核酸-磷酸钙复合材料介导基因的高效率转染及传递。

背景技术

人体骨组织作为重要的器官，除了能为身体提供机械支撑和保护，也可维持体内矿物质及酸碱平衡。然而，由于肿瘤、创伤、炎症、手术清创等各种原因频发，导致患者出现骨丢失及骨缺损，继而严重降低生活质量。因此，骨组织缺损修复迫在眉睫。目前，传统的自体骨、异体骨、异种骨等移植技术仍存在诸多不可忽视的问题及缺陷，如二次创伤，免疫排斥等。因此，探寻具有优异生物学及力学性能、在结构上再现自然骨组织微观和宏观结构的仿生矿化人工骨修复材料，可对临床治疗骨缺损、促进骨修复发挥着重要作用。

基于天然骨组织的分级结构分析，I型胶原纤维、水以及磷灰石是骨组织最初始的三大主要成分。而含有磷灰石晶体沉积的I型胶原纤维则是骨的第二级层次结构。因此，若在体外重现及制备矿化的胶原纤维，可在结构及性能上高度模拟天然骨组织，是高度仿生的骨缺损修复材料。

I型胶原的体外仿生矿化是生物矿化研究领域的重点之一。非胶原蛋白如天然牙本质基质蛋白，牙本质涎磷蛋白等，带有较多负电荷。因此具有酸性氨基酸的性质，其在水相中可阻止羟基磷灰石成核即作为成核抑制剂，因此能够稳定水溶液中的无定形磷酸钙(ACP)纳米颗粒。随后，ACP进一步渗入胶原纤维的孔区或沉积在胶原纤维的表面实现胶原纤维的内外矿化。但是，天然生物大分子蛋白不易获取，体外合成繁琐，价格昂贵等缺陷对其应用造成了限制。因此，非胶原蛋白类似物如聚天冬氨酸、聚丙烯酸等聚阴离子性质的聚合物，在仿生矿化领域受到了诸多关注。然而，这些聚电解质由于具有极强的阴离子特性或阳离子特性，其残留物易造成细胞磷脂发生水解、细胞器损伤，甚至是细胞死亡。故在体内运用上，需要考虑生物相容性问题。因此，选取出具有良好生物相容性、获取便捷、同时又可促进骨组织中促成骨蛋白的高效表达的非胶原蛋白类似物并运用于体外胶原纤维的快速仿生矿化，从而制备出骨组织缺损修复材料，具有极大的运用前景及发展潜力。

发明内容

随着生物技术的发展，带有遗传信息的生物大分子如RNA、DNA，可附着于由沉淀法所制备得到的磷酸钙颗粒中。但是，该种磷酸钙复合体并不是呈现无定形状态，也并不能运用在仿生矿化领域中。然而RNA及DNA其带有阴离子特性，则与矿物存在天然的静电吸附力，且较易获得。若改变制备方法，运用于胶原纤维的仿生矿化，可为新型骨材料的开发提供一条全新思路。

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的包括将体外仿生矿化理念应用到体内引导骨再生的探索中，利用核酸稳定钙磷，从而形成核酸-ACP纳米颗粒复合物。发明人首次提出一种由核酸-ACP纳米颗粒诱导胶原发生纤维内外矿化的制备方法，同时在RNA及DNA的参与下，胶原纤维得到快速矿化。从而，形成羟基磷灰石-胶原的有机无机复合材料，继而用作骨材料以修复骨缺损。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案包括：

根据本发明的第一个目的，本发明分别利用RNA或DNA稳定钙磷，分别形成RNA-ACP或DNA-ACP纳米颗粒复合物。主要包括以下步骤：

(1)RNA-ACP纳米颗粒的合成。