[发明专利]一种双重仿生取向的人工小血管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种双重仿生取向的人工小血管及其制备方法。首先将对电场具有响应性的丝蛋白纳米纤维同水溶性高分子溶液混合，制备混合溶液；再将混合溶液加入管状电极模具中作为负极，内部放置柱状电极作为正极，电场诱导丝蛋白纳米纤维在正极附近固化形成凝胶管；随后将管状物取出，通过交联或诱导结晶等方式诱导其中高分子交联，获得兼具力学和多重仿生取向结构的人工小血管。本发明选用的丝蛋白和合成高分子均为生物相容性良好的生物材料，其中丝蛋白纳米纤维在电场下形成多重取向结构，模拟血管内皮层和平滑肌层，而合成高分子则通过交联或结晶提高力学性能，满足了血管植入手术和使用的力学要求。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种力学性能优异，兼具仿内皮层轴向取向结构和仿平滑肌层多层环形取向结构的丝蛋白-合成高分子仿生取向的人工小血管及其制备方法。

背景技术

心血管疾病是临床发病率最高的疾病之一，开发适用于不同心血管疾病的生物材料或医疗器械一直是转化医学的研究热点。随着技术的发展，针对直径大于6mm的大血管的人工血管已成功实现临床应用，并取得良好的临床效果，然而对于直径小于6mm的小血管的治疗缺少合适的材料和技术，成为临床上亟待解决的瓶颈问题。

静电纺的取向是通过静电诱导喷丝，然后通过接收装置的转动来实现取向结构，在多层之间存在间隔的结构设计上存在天然技术障碍。公开专利中通过静电纺丝技术的改良试图对内皮层和平滑肌层进行仿生，但由于静电纺技术限制，内皮层难以实现纤维的致密排列，导致存在血液渗漏的风险。另外，静电纺丝难以实现内皮层的多层环形取向的模拟，多层之间的间隔无法调控。因此静电纺丝技术无法实现对内皮层和平滑肌层的充分仿生，需要考虑其他的技术方案。

同大血管不同，小血管对材料的力学性能、抗凝血性、生物相容性以及生物活性提出更好要求，现有生物材料难以完全满足人工小血管要求。随着组织工程的发展，通过异位成管然后再脱细胞的方法可获得组织工程人工血管，但其仅适用于小血管的临时替代，难以满足刺激血管再生，实现永久替代的需求。仿生技术的发展为人工小血管的开发提供了新的可能。研究表明通过模拟血管内皮层的轴向取向或平滑肌层的环形取向均可更好促进血管再生，并改善血管抗凝血性。尽管有研究和专利通过不同电纺丝技术复合，试图制备同时模拟内皮层和平滑肌层的仿生小血管，由于技术和工艺限制，平滑肌层的多层环形取向和环形片层的间隔调控难以实现，可同时模拟血管内皮层和多层环形取向平滑肌层取向结构的人工小血管一直未见报道。

丝蛋白由于其优异的生物相容性，已被用于不同组织的再生修复，在人工血管领域也表现出良好应用前景。通过静电纺丝技术、电场诱导技术等可获得具有取向结构的丝蛋白管，成功诱导细胞的迁移和组织再生，然而，同其它材料相似，如何实现内皮层和平滑肌层取向结构的双重仿生需要在制备工艺上有新的突破。同时，丝蛋白制备的小血管存在力学性能难以满足临床应用的问题，进一步限制其未来应用。利用合成高分子同丝蛋白复合提高材料力学性能是可行的技术方案，在其它组织修复材料设计中已获得积极效果，但考虑到仿生取向结构设计工艺的特殊性，在材料复合的同时避免加入高分子对取向结构的影响是制约丝蛋白基人工小血管制备的瓶颈问题。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种双重仿生取向的人工小血管及其制备方法。本发明实现了小血管再生性能的显著改善，由丝蛋白纳米纤维和水溶性合成高分子组成。其中丝蛋白纳米纤维可提供多重仿生取向结构，利用电场诱导丝蛋白纳米纤维在溶液中定向迁移和排列，在血管内壁形成仿内皮层的轴向取向结构，在管壁其它部分形成模拟平滑肌层的多层环形取向结构；水溶性合成高分子通过结晶或交联实现在水相环境的固定，同时改善血管力学性能，满足小血管对手术和使用的力学要求。小血管的内径可在1mm-20mm调整，满足不同部位血管替代的要求；血管的断裂强力不低于100kPa，缝合固位强力不低于0.5N，满足临床手术缝合和应用的力学要求。

本发明的技术方案如下：