[发明专利]一种颗粒凝胶复合支架及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种颗粒凝胶复合支架及其制备方法和应用。该制备方法包括以下步骤：1)将一定体积分数的水凝胶颗粒加入至胶原蛋白溶液中，得到颗粒凝胶；2)将颗粒凝胶pH值调节至生理条件，并加入功能细胞形成共混物；3)将上述共混物转移至模板中或采用3D打印得到颗粒凝胶复合支架。该复合支架以颗粒凝胶为主要基质，包埋功能细胞，具有生物相容性好、抗收缩、模量可调等优点，可应用于3D打印或模具法的组织工程皮肤构建。

本发明是申请日为2021年11月18日，申请号为202111367445.X，发明名称为一种用于组织工程皮肤的颗粒凝胶复合支架及其制备方法的分案申请。

技术领域

本发明属于生物材料及组织工程学技术领域，具体涉及一种用于组织工程皮肤的颗粒凝胶复合支架及其制备方法。

背景技术

组织工程皮肤是指将培养的功能细胞与细胞外基质及支架材料互相作用制成的一种具有生物活性的人工皮肤。将不同类型的细胞组成的皮肤细胞系统，可以模拟真实皮肤对外界环境的反应，从而预测这种敏感器官的感应行为。近年来，随着动物实验的替代(Replacement)、减少(Reduction)、优化(Refinement)原则即3R原则的提出以及全球相关法规的推进，与皮肤相关的动物实验逐渐被组织工程皮肤所替代。为突破由此造成的相关专利壁垒，迫切需要发展组织工程皮肤的相关技术。

构建组织工程皮肤一般需要支架、细胞与生长因子等。其中，支架材料是构建组织工程皮肤的关键，其既要能有效地支撑细胞，又要能促进细胞外基质(ECM)的分泌以形成皮肤组织。由于人体皮肤ECM中含有丰富的I型胶原和III胶原，因此，胶原蛋白一直是组织工程皮肤支架构建的主要材料。但是，胶原支架的一个主要缺点是在培养过程中易受成纤维细胞介导而收缩，导致无法塑形、表皮层脱附等严重问题，妨碍了组织工程皮肤的批量化构建；此外，支架的收缩还会对其作为皮肤移植物时的功效和植入成功率造成不良影响。基于此，研究者开发了一些物理和化学交联的方法以降低胶原支架的收缩率。然而，由于大多数交联剂(如戊二醛、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐等)细胞毒性较大，故需要在接种细胞之前对支架材料进行交联。这些方法还需要额外的清洗步骤，无法保证细胞在支架材料中的均一分布；更为重要的是，这些交联剂的使用会干扰胶原纤维的组装过程，对胶原支架的生理活性造成影响。例如专利CN102836462A即公开了将胶原蛋白与壳聚糖复配后，加入戊二醛进行交联，制备组织工程皮肤，该皮肤机械强度不高，且会收缩，不利于功能细胞的充分生长和分化。

颗粒凝胶是指由高体积分数水凝胶颗粒构成的一类新型黏弹性材料，它不仅具备常规水凝胶含水量高、生物相容性好的特点，还具有剪切稀化、自愈合、可打印等特征。最近，以颗粒凝胶为细胞载体，实现了软骨和心肌梗塞的修复，骨关节炎的治疗等。但是，颗粒凝胶在组织工程皮肤构建中的应用尚未见报道。将颗粒凝胶与传统胶原基质结合，有望获得一种兼具生物相容性、抗收缩性和打印性等诸多优势的新型复合支架材料，可以作为现有组织工程皮肤构建技术的重要补充。

发明内容

本发明的目的是制备一种可用于组织工程皮肤构建的颗粒凝胶复合支架，具有抗收缩、生物相容性好、打印性好、有足够强度的特点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于组织工程皮肤的颗粒凝胶复合支架的制备方法，包括以下步骤：

1)将一定体积分数的水凝胶颗粒加入至胶原蛋白溶液中，得到颗粒凝胶；

2)将颗粒凝胶pH值调节至生理条件，并加入功能细胞，得到共混物；

3)将上述共混物转移至模板中或3D打印得到颗粒凝胶复合支架。