[发明专利]适用于生物医用材料的胶原基冷冻凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及胶原冷冻凝胶(cryogel)技术领域，更具体地说，是涉及适用于生物医用材料的用从家畜动物皮或腱提取的胶原制取冷冻凝胶的技术领域。

背景技术

水凝胶广泛应用于生物支架、细胞培养、药物控释、生物敷料等生物医用领域，其中应用于组织工程的水凝胶主要分为两大类：合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。胶原作为一种重要的天然高分子凝胶原料，既可直接形成凝胶又可以作为复合凝胶的基质，已经在生物医用材料领域得到广泛应用，如使用胶原基凝胶作为生物支架来培养纤维原细胞、上皮细胞等，或作为创伤敷料等。

已经知道，胶原是哺乳动物体中组成腱、软骨、皮肤和血管等细胞外基质的主要蛋白质成分。天然胶原在分子水平上是一类具有Gly-X-Y(X、Y通常为Pro或Hyp)三肽周期和独特的三股螺旋结构的纤维状蛋白质。从哺乳动物中提取得到的、尤其是分子结构保持良好的胶原，区别于明胶，具有良好的生物相容性、低免疫原性和生物可降解性。但是，单纯的胶原在使用时，如胶原凝胶，其力学性能、热稳定性、抗酶降解性等方面还常常不能满足生物医用领域应用的要求。因此，通常使用的胶原基生物材料都要经过物理或化学方法交联改性，以改善胶原的物化和生物学方面的性能。至今被广泛采用的胶原改性方法主要有紫外线或γ射线辐射交联(CN1944495A)，或是以醛和金属离子等各种化学试剂交联。虽然使用甲醛(CN1071587A)、戊二醛(CN1387923A)改性的胶原不会改变胶原的基本构象及基本生物学功能，但有研究认为，由于醛与胶原的反应过程可逆，生成schiff碱的结构不稳定，改性后的胶原在体内很容易水解产生具有代谢毒性的游离小分子醛。因此通过甲醛和戊二醛改性后的胶原组织工程支架在体内会出现抑制细胞生长、产生炎症反应甚至发生钙化的现象。虽然使用紫外线或γ射线辐照交联胶原不会产生任何毒性成分，但是紫外辐照只能使胶原材料表面交联，而且过量或长时间的紫外线或γ射线辐照会导致胶原构象改变甚至使胶原降解，因此照射时间和交联程度很难控制。此外，常被采用的改性方法还有以胶原与其它天然高分子材料共混进行改性，如胶原-壳聚糖共混(CN1584150A)，胶原-透明质酸共混等。虽然共混改性能够借助氢键等次价键改善胶原的强度，并增添了许多胶原不具有的优良性质，但是该方法改性的胶原在力学性能、热稳定性、抗酶降解性等方面仍然不能满足组织工程支架的要求。考虑到上述原因，改性胶原基凝胶时，必须考虑到交联剂的毒性、改性方法的易控制性及改性效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于生物医用材料的胶原基冷冻凝胶及其制备方法，以解决现有技术的胶原凝胶制备所存在的，改性操作方法不易控制性，制备的胶原凝胶在体内容易水解产生具有代谢毒性的游离小分子醛，致使体内出现抑制细胞生长、产生炎症反应甚至发生钙化，或胶原凝胶的力学性能、热稳定性、抗酶降解性等方面不能满足材料性能要求的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

适用于生物医用材料的胶原基冷冻凝胶，是由从健康家畜动物皮或腱采取酶法提取得到的分子量为280～320kDa、三股螺旋结构保持完好的胶原蛋白质，经与醛化多糖交联改性反应，在模具中于0～-50℃的低温条件下反应1～7天，出模缓慢解冻制得。

在上述技术案中，醛化多糖与胶原的用量比例，按干重计为1∶1～500，优选范围为1∶5～100。

在上述技术案中，所述醛化多糖是以淀粉、透明质酸、硫酸软骨素等多糖及其衍生物为原料，采用高碘酸钠氧化制备的，醛基重量含量在30％～95％范围的醛化多糖。

在上述技术案中，所述胶原是以清洁新鲜的健康家畜动物皮或腱为原料，经丙酮脱脂、干燥、粉碎加工成料屑，以10重量份的料屑溶解在600～800重量份的0.5mol/L醋酸溶液中，加入0.01～0.02重量份的胃蛋白酶，在5～25℃下酶解48～72h后离心取上清液，于4～6℃下经NaCl或(NH₄)₂SO₄盐析，再经透析、冻干处理制备得到的胶原干品。

在上述技术案中，所述醛化多糖是以10重量份的多糖加入到多糖15～25倍重量份的蒸馏水中在25～45℃下溶解，再加入5～25重量份的高碘酸钠，在pH1.5～4.0下反应2.5～10h，然后加入反应液2-7倍体积的丙酮沉淀，再经过滤、洗涤、干燥、粉碎处理制备得到的醛化多糖。

以上所述的适用于生物医用材料的胶原基冷冻凝胶，其制备方法包括以下三个操作步骤：