[发明专利]一种吸附干细胞上清液中生长因子的水凝胶微球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种吸附干细胞上清液中生长因子的水凝胶微球及其制备方法，属于生物医药技术领域。本发明利用微流控装置以甲基丙烯酰化透明质酸和甲基丙烯酰化肝素为原料，通过紫外光交联原理可以制备出不同直径以及不同比例的水凝胶微球，本发明所制备出的水凝胶微球具有良好的机械稳定性、吸附干细胞上清液中生长因子以及缓慢释放生长因子的能力，微球的制备方法简单，可进行批量生产，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种吸附干细胞上清液中生长因子的水凝胶微球及其制备方法，属于生物医药技术领域。

背景技术

生长因子(GFs)是组织再生过程中控制细胞命运的关键成分，它们调节细胞的增殖和分化以促进组织再生。生长因子作为细胞因子的一类，具有细胞因子的共同特点，主要包括成纤维细胞生长因子(FGF)、血管内皮细胞生长因子(VEGF)、转化生长因子-β(TGF-β)、表皮生长因子(EGF)、角质细胞生长因子(KGF)、肝细胞生长因子(HGF)、骨形态发生蛋白(BMP)、神经生长因子(NGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)和胰岛素样生长因子(IGF)等。生长因子对细胞的增殖、组织或器官的修复和再生具有重要的促进作用，被广泛地应用于组织工程领域。由于体内的快速周转率，它们的受控递送具有挑战性。功能化水凝胶，如基于糖胺聚糖的水凝胶，在吸附和调节GFs释放方面显示出巨大潜力。

肝素是一种以其抗凝作用而广为人知的天然线性多糖，具有抗凝、抗炎、抗过敏、抗病毒、调节血脂、调节生长因子、抗肿瘤转移等多种生物学功能和药理作用。它由具有1→4连接的2-O-硫酸化醛酸和6-O-硫酸化的N-硫酸葡糖胺的交替的二糖单元组成。这些结构块每重复单元有三个硫酸盐部分，在任何已知生物分子中，肝素具有最高的负电荷密度。由于其高负电荷密度，肝素可以通过静电力捕获正电荷的常见蛋白质，例如GFs，其可用于从水凝胶中延长GFs的释放，肝素在体内具备的多种生物活性就是通过与生长因子和细胞因子等蛋白质的相互作用来发挥的。很多生长因子能够与肝素分子紧密结合到特定的ECM中,包括FGF、 VEGF、HGF以及TGF-β等，这些通常称为肝素亲和性生长因子。然而，肝素(5-15kDa)的低分子量和负电荷的排斥限制了它们的交联性，因此，基于肝素的系统需要另一种组分来作为改性肝素的基质以成功制备出水凝胶，如透明质酸，其已被广泛设计应用于伤口愈合和特应性皮炎等。

水凝胶微球的常用制作方法可分为批量乳化法、光刻法、电喷法、机械破碎法和微流控法等。批量乳化法是将不相容的液体混合在一起生成可交联的水凝胶液滴；光刻法是将光聚焦在掩模版或者模具上固化交联形成水凝胶微球；电喷法是在针头和接收液之间加上电压，使施加的电压克服针尖处的表面张力，形成了带电的液滴射流，在接收液中交联形成水凝胶微球；在机械破碎方法中，将预先形成的块状水凝胶通过机械破碎成水凝胶微球；微流控法将载有不相容液体通过微流道连接，在交汇处产生液滴，然后将液滴交联形成水凝胶微球，该方法适用于快速产生稳定的尺寸可控的微球。

此类3D支架具有较大的比表面积，可显著改善细胞生长因子-基质相互作用。使用微流体方法能够快速生成水凝胶微球。但是这种方法存在有一些缺点，限制了其生物医学应用。首先，微流体技术需要昂贵的毛细管装置或微通道芯片，这在组装上也存在技术挑战，并极大地影响实验结果。其次，由于微流体装置内部无法实现交联，因此水凝胶微滴只能在下游交联，在那里它们极有可能会发生融合并变得不稳定，微滴一旦发生融合将导致无法制备出粒径相对均匀的水凝胶微球，使得的微球尺寸分布范围较大。从而无法稳定地进行药物封装或释放；并且对生长因子的吸附能力以及释放也会因为微球大小不同、不均一而存在差异性，药物释放时会表现出明显的突释情况。此外，使用水凝胶微球进行细胞包封或者黏附时，不同大小的水凝胶微球对细胞数量的控制也不可控、存在挑战。因此，有必要设计一种新方法，以确保简单、快速的操作使微球交联，以制备出粒径相对均一的水凝胶微球。

发明内容