[发明专利]调控骨和软骨细胞促进修复的仿生水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种调控骨和软骨细胞促进修复的仿生水凝胶，包括上层软骨层、下层的骨层，软骨层包含聚谷氨酸、羧甲基壳聚糖、细菌纤维素、硫酸镁、水、N‑羟基琥珀酰亚胺、1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3乙基碳二亚胺盐酸盐；所述骨层包含聚谷氨酸、羧甲基壳聚糖、细菌纤维素、硫酸铜、水、N‑羟基琥珀酰亚胺、1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3乙基碳二亚胺盐酸盐；所述软骨层与骨层的界面之间紧密连接。还公开了一种制备上述调控骨和软骨细胞促进修复的仿生水凝胶的制备方法。

技术领域

本发明涉及生物医学材料、组织工程与医学领域，具体涉及一种调控骨和软骨细胞促进修复的仿生水凝胶及其制备方法。

背景技术

关节软骨是骨骼系统中的一种结缔组织，软骨无血管，成熟软骨的生物活性和新陈代谢有限，再生修复能力有限，当关节软骨缺损不及时得到治疗，会恶化导致关节炎，严重的会导致残疾。近年来，组织工程这个治疗策略取得一定进展，已有文献报道通过嵌入生长因子可以诱导骨髓间充质干细胞增殖分化，对骨软骨再生修复有积极的作用。然而生长因子使用的局限性也凸显，包括疼痛、肿胀或异位骨形成，此外生物活体再生修复是一个相当漫长的过程，药效与不良反应之间的平衡很难把控。因此不借助生长因子到达修复目的可能是未来的发展方向。此外，由于骨和软骨的组织结构不同，一旦骨软骨一体缺损就会导致整个修复过程相当复杂度变高。考虑到软骨和软骨下骨复杂的生化结构和复杂的功能也是相当重要的。因此，在规避使用生长因子的情况下，又需要能刺激调控细胞的生物活性因子。

目前，一些治疗性离子也被关注，这些生物活性刺激因子已被报道可以促组织修复。研究表明治疗离子尤其对关节软骨组织和骨组织的发育维持起到重要作用，特别是镁离子，铜离子等作为人体所需元素，参与了人体的代谢、结构和调节功能。镁离子引入不但可以调控机械性能，还可以介导基质，促进软骨合成。铜作为一种微量元素，在骨髓间充质干细胞分化增殖和成骨分化等方面有调节作用，还具有优异的抗菌特性。目前在仿生水凝胶支架中添加两种治疗性离子的研究相对缺乏。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种调控骨和软骨细胞促进修复的仿生双层水凝胶制备方法，以解决现有技术中仿生水凝胶支架中添加两种治疗性离子的研究相对缺乏的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种调控骨和软骨细胞促进修复的仿生水凝胶，包括上层软骨层、下层的骨层，软骨层包含聚谷氨酸、羧甲基壳聚糖、细菌纤维素、硫酸镁、水、N-羟基琥珀酰亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3乙基碳二亚胺盐酸盐；所述骨层包含聚谷氨酸、羧甲基壳聚糖、细菌纤维素、硫酸铜、水、N-羟基琥珀酰亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3乙基碳二亚胺盐酸盐；所述软骨层与骨层的界面之间紧密连接。

进一步地，所述软骨层中聚谷氨酸的重量份为5-9、羧甲基壳聚糖重量份为 4-6、细菌纤维素的重量份为5-9、水的重量份为80-150、硫酸镁重量份为1-3、 N-羟基琥珀酰亚胺的重量份为1-2、1-(3-二甲氨基丙基)-3乙基碳二亚胺盐酸盐的重量份为2-3。

进一步地，所述骨层中聚谷氨酸的重量份为5-9、羧甲基壳聚糖重量份为 4-6、细菌纤维素的重量份为5-9、水的重量份为80-150、硫酸铜的重量份为 0.05-0.09、N-羟基琥珀酰亚胺的重量份为1-2、1-(3-二甲氨基丙基)-3乙基碳二亚胺盐酸盐的重量份为2-3。

进一步地，其压缩模量为0.08-0.925Mpa，压缩应变范围为60-80％。

进一步地，所述骨层中细菌纤维素为质量体积百分比为0.75％—1％的细菌纤维素溶浆。

进一步地，所述软骨层中细菌纤维素为质量体积百分比为0.75％—1％的细菌纤维素溶浆。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，还提供了一种调控骨和软骨细胞促进修复的仿生水凝胶的制备方法，包括以下步骤：