[发明专利]一种模拟脊髓的水凝胶制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种模拟脊髓的水凝胶制备方法及其应用。本发明水凝胶可在室温下快速被制备。水凝胶具有优异的可注射性、良好的导电性、一定的粘附性和力学强度等性质，模拟天然脊髓组织的结构和生物物理特性，具有与脊髓组织相似的孔隙结构、模量和电导率等特点。该导电水凝胶负载神经干细胞后结合电刺激可有效促进神经干细胞向神经元分化和轴突生长，在促进脊髓损伤修复和运动功能恢复等方面具有应用前景。

技术领域

本发明涉及一种模拟天然脊髓组织的水凝胶材料的制备方法及其在脊髓损伤修复方面的应用。

背景技术

脊髓损伤的修复在世界范围内一直是研究重点，且长期没有取得突破性的进展。在损伤部位引入神经干细胞作为现阶段公认脊髓修复方法。神经干细胞其能分化为神经元、星型胶质细胞、少突胶质细胞可以在多个层面参与损伤的修复。但脊髓内部抑制性微环境会不利于移植的神经干细胞的增值分化并且分化方向得不合理调控，会导致的过多向不利于损伤修复的星型胶质细胞分化影响脊髓损伤的修复。

近些年，水凝胶由于多功能性及出色的生物相容性在生物材料领域受到人们广泛关注。利用水凝胶可调节性、可负载细胞的特点，模拟脊髓组织的生物物理特性为神经干细胞提供更好增殖分化的微环境。但是神经干细胞在过软还是过硬的微环境中都不利于其分化；在软硬合适的环境(0.1～1kPa)中更利于向神经元分化，并且天然的脊髓组织模量为0.1～3kPa。此外脊髓组织内部的生物电信号能够促进内源与外源细胞的增殖分化，水凝胶能够模仿天然脊髓的高导电性将对组织修复非常有利。因此我们有必要设计一种模拟脊髓模量和电导的可注射导电水凝胶促进神经干细胞向神经元定向分化。

该导电水凝胶结合电刺激是一种很有前途的治疗方式，可用于促进神经干细胞向神经元定向分化和促进轴突生长。解决以往神经干细胞分化不可控，过多的向星形胶质细胞分化的问题。因此，这种模拟脊髓组织模量与电导率的可注射导电水凝胶负载神经干细胞结合电刺激治疗方法在脊髓损伤修复上将具有极大的潜能。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟天然脊髓组织的水凝胶材料的制备方法及其在脊髓损伤修复方面的应用。

该方法首先制备经过修饰的壳聚糖CHIC，然后制备HA-ALD，再通过刻蚀的方法制备MXene纳米片。将MXene纳米片混入HA-ALD溶液中与掺有一定量ADH的CHIC溶液按一定比例反应，可得到模拟脊髓组织结构、模量与电导率的可注射导电水凝胶。

1)首先制备邻苯二酚基团修饰的壳聚糖(CHIC)。0.5～0.8g壳聚糖溶解于去离子水中,通过HCl调节pH至5.0～6.0，然后使用超声波震荡分散20～30min，最终形成1.0％wt的壳聚糖溶液。然后将255～455mg的二氢咖啡酸HCA溶解于5.0～8.0mL去离子水中，充分搅拌溶解后加入壳聚糖液中。将240～300mg1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺EDC和150～200mgn-羟基硫代琥珀酰亚胺NHS溶解于50.0mL乙醇和去离子水1:1～1:2的混合溶液中保持pH在6～7区间。随后将壳聚糖/HCA混合溶液缓慢滴加入其中，反应在20～25℃的环境中密封剧烈搅拌10～12h，保持pH为5.0～6.0，然后放在振荡器快速震荡反应10～15min。溶液在酸化去离子水中透析2～3天，然后放在去离子水中再渗析半天，最后放入冻干机中冷冻干燥得到黄色固体，即制备得到邻苯二酚基团修饰的壳聚糖CHIC。

2)制备醛基化透明质酸HA-ALD。把2.0～3.0g透明质酸HA溶解于200～300mL的去离子水中，在20～25℃的环境中密封快速搅拌24～28h至完全溶解。1.0～1.5g NaIO₄加入HA溶液中避光搅拌4～7h，加入1.5～2.3mL乙二醇搅拌1～2h后，使用超声波震荡反应10～20min。溶液放入渗析袋中用去离子水渗析3～4天，保持溶液pH在7～8区间。反应物放入冻干机中冷燥，最终获得白色固体为醛基化透明质酸HA-ALD。