[发明专利]兼顾良好力学性能和高细胞增殖能力的双网络水凝胶用于制备生物组织工程支架的方法

说明书

本发明公开了兼顾良好力学性能和高细胞增殖能力的双网络水凝胶用于制备生物组织工程支架的方法。该方法包括：将甲基丙烯酰化明胶(GelMA)与甲基丙烯酸缩水甘油酯丝素蛋白(SilMA)溶液混合，加入少量PEG(20000Da)和光引发剂，通过蓝光引发GelMA，SilMA上的双键发生化学交联，形成力学性能良好的双网络水凝胶，PEG作为制孔剂，为细胞预留了足够的生长空间，提升细胞的增殖能力，通过这种方式可制备生物相容性良好，力学性能良好的可打印三元复合水凝胶。本技术方案可用于体外致密实体肿瘤模型、软骨组织模型、纤维化组织模型的制备，对高力学性能高细胞增殖能力组织工程支架材料的设计与制备具有意义。

技术领域

本发明属于可降解生物医用材料技术领域，具体涉及到兼顾良好力学性能和高细胞增殖能力的双网络水凝胶的制备方法和应用。

背景技术

水凝胶在组织工程中已被广泛应用，但单一组分水凝胶具有多种明显缺陷，如力学性能差、降解速度过快等；复合水凝胶可以取长补短，将不同材料的优势进行互补，有望改善这些问题。甲基丙烯酰氧基改性的明胶是最常用的组织工程材料，丝素蛋白的添加可明显提升复合水凝胶的力学性能，已被用于力学性能有需求的多种病理模型的制备，如软骨，骨组织等。但此类双网络水凝胶的网络致密，细胞生长空间狭窄，限制了细胞的增殖，具有明显的缺陷。

生物相容性较好且可降解的壳聚糖、明胶、果胶、海藻酸盐等天然高分子材料所制备的水凝胶在药物载体，伤口辅料，体内组织模型构建上已有较多应用。但力学性能较差，降解周期太短等因素限制了这些水凝胶的在组织工程上的进一步使用。因此，在水凝胶中添加无机材料，纳米粒子等其他材料来改变这些不足显得至关重要。在使用水凝胶材料构建体外病理模型时，复合水凝胶的溶质浓度至关重要，低浓度的GelMA虽然具有较好的生物相容性，但力学性能差，不易成型，且不能达到病理模型所需要的压力环境。过度添加GelMA的含量又会使得水凝胶的孔隙率降低，影响营养物质的传输以及细胞伸展，从而导致细胞生物相容性降低。SilMA具备较好的力学性能，与GelMA结合可以弥补这些问题，适当的添加SilMA之后，在不影响其水凝胶的孔隙率的条件下可增加复合水凝胶的力学性能。而如何进一步提高力学性能的同时提高细胞增殖能力，还需要进一步研究。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种兼顾良好力学性能和高细胞增殖能力混合水凝胶及其制备方法与应用。本发明通过将双键改性明胶(GelMA)和双键改性丝素蛋白(SilMA)两种材料混合，再将混合液中加入不同含量的PEG(20000Da)(以下简称PEG)，经光引发剂诱导双键链接后形成复合水凝胶。本发明通过增加双键改性丝素蛋白(SilMA)的含量增加其力学性能，降低溶胀率。高分子量的PEG的添加使得水凝胶相和PEG相更好的分离，去除PEG后会在水凝胶中形成孔洞，同时且随着PEG的含量的增加，使水凝胶的孔洞连接更为宽松，增加细胞之间的沟通，更好的用于体外模拟病理模型，SilMA的力学性能较高，可提高复合水凝胶的力学性能。

本发明提供的兼顾良好力学性能和高细胞增殖能力混合水凝胶，能够满足骨/软骨/纤维化组织/癌症模型支架对于孔隙率、降解以及力学性能的需求，且特别适用于骨/软骨/纤维化组织/癌症模型的修复。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

1.一种甲基丙烯酰化明胶(GelMA)/甲基丙烯酸缩水甘油基改性丝素蛋白(SilMA)加入PEG形成复合水凝胶的制备方法：

将GelMA与SilMA溶液复合得到混合溶液，加入PEG后，并适当添加LAP光引发剂，利用405nm波长蓝光照射混合水凝胶15s。诱导双键与自由基结合，SilMA产生构象转变，最终获得一种兼顾良好力学性能和高细胞增殖能力混合水凝胶的GelMA/SilMA/PEG复合水凝胶。

2.为达上述目的，本发明提供了一种兼顾良好力学性能和高细胞增殖能力混合水凝胶的制备方法，具体步骤：