[发明专利]一种可促进成骨分化的天然超分子水凝胶材料的制备方法

说明书

本发明公开一种可促进成骨分化的天然超分子水凝胶材料的制备方法。制备方法如下：(1)制备AC‑β‑环糊精：通过丙烯酰氯改性‑β‑环糊精，使酰氯与β‑环糊精上的羟基反应成功制得AC‑β‑环糊精；(2)制备AC‑阿仑膦酸钠：利用N‑丙烯酰氧基琥珀酰亚胺改性阿仑膦酸钠，形成带双键的AC‑阿仑膦酸钠；(3)将明胶、AC‑β‑环糊精与AC‑阿仑膦酸钠溶解于杜氏磷酸盐缓冲溶液中，再将CaCl₂、MgCl₂和2‑羟基‑2‑甲基‑1‑[4‑(2‑羟基乙氧基)苯基]‑1‑丙酮溶解于杜氏磷酸盐缓冲溶液中，两种溶液混合经过紫外光照射从而形成GCA水凝胶；(4)所述水凝胶中的骨髓间充质干细胞在水凝胶环境中生长7天后，进行骨髓间充质干细胞免疫荧光成骨分化检测。

技术领域

本发明涉及水凝胶生物植入材料领域，尤其涉及一种可促进成骨分化的天然超分子水凝胶材料的制备方法。

背景技术

颅骨的骨组织具有高度多孔、均匀致密的特点。颅骨缺损会严重影响患者的生活质量。这些缺陷可能源于颅骨感染，严重的颅面创伤，如交通和运动事故以及其他身体攻击，或由于先天性颅面畸形或神经外科或颌面手术后的副作用而发生。颅骨成形术是指修复颅骨缺陷或畸形的外科手术，这可以通过使用颅骨植入物来实现。这些缺陷的重建主要是为了重建缺失颅骨的结构和功能。无瑕疵的颅骨对于确保大脑下层软组织的生物力学保护以及使颅内压正常化和恢复正常的脑脊液流动动力学至关重要。明胶不仅是一种水解降解胶原的天然超分子，结构上还含有RGD位点可促进细胞粘附和增殖；β-环糊精是一种环状低聚糖，具有内部疏水空腔及外表具有亲水性，可与疏水性基团和药物进行弱的主客体交联；阿仑膦酸钠是维生素D3的衍生物，为氨基二膦酸盐，与骨内羟磷灰石有强亲和力。能进入骨基质羟磷灰石晶体中，能抑制破骨细胞活性，并通过成骨细胞间接起抑制骨吸收作用。

水凝胶是超分子材料，具有高含水量和不同的物理性质。水凝胶是由交联的亲水聚合物链组成的三维网络，具有广泛的可调物理和化学性质，并能在水中吸收数千倍干重的水。它们可以被设计成类似于身体组织的细胞外环境，从而使它们能够用于医疗植入物、生物传感器和药物传递装置。水凝胶可以应用于干细胞研究中，可以调节细胞命运的关键变量、趋化因子、细胞因子、生长因子等，也可在分子水平上调节细胞活动。对于易于控制药物释放或优化药代动力学的水凝胶，材料的多孔结构及其载药量高低可以通过化学方法控制，同时不会减弱其与天然组织固有的物理化学兼容性。在再生医学中，水凝胶被用来将细胞分层培养成类似组织的结构，其结构和分子可以通过空间和时间上的表现来调节多细胞形态形成。

为解决水凝胶促成骨分化的问题，在这里，我们提出了一种简单、高效的方法，以生产可自愈可促进成骨分化的水凝胶。总的来说，将明胶与制备的AC-β-环糊精和AC-阿仑膦酸钠混合形成首先配置含有16% wt%明胶、7wt% AC-β-环糊精和100M 阿仑膦酸钠的杜氏磷酸盐缓冲混合溶液，然后制备再配置100M CaCl₂、MgCl₂（Ca：Mg=5:3）和0.5wt% 2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮的杜氏磷酸盐缓冲混合溶液，将两种溶液混合紫外照射10min后从而形成GCA水凝胶。这允许水凝胶包覆干细胞后先在体外分化培养以及支持原生组织中的细胞向水凝胶中迁移的性质可保证并提高体内骨组织的修复效率。水凝胶的可自愈则可保证对各种形状骨缺损的简单高效填充。上述支架材料还同时具备有制备简单、成本低廉、操作简便、利于临床推广的特点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提出了一种简单、高效的方法，以生产可自愈可促进成骨分化的水凝胶。明胶与制备的AC-β-环糊精和AC-阿仑膦酸钠混合形成首先配置含有16% wt%明胶、7wt% AC-β-环糊精和100M 阿仑膦酸钠的杜氏磷酸盐缓冲混合溶液，然后制备再配置100M CaCl₂、MgCl₂（Ca：Mg=5:3）和0.5wt% 2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮的杜氏磷酸盐缓冲混合溶液，将两种溶液混合紫外照射10min后从而形成GCA水凝胶。