多层结构的神经修复导管支架及其制备方法

摘要

本发提供一种多层结构的神经修复导管支架及其制备方法，以满足神经组织工程的需要。神经修复导管支架结构上分成的内管、中管和外管三个结构，其每种结构的材料组成不完全相同，内管为外消旋聚乳酸，中管为乳酸己内酯共聚物，外管为左旋聚乳酸。神经修复导管支架的特征在于，支架具有一定机械性能，可弯曲，可挤压，其拉伸强度为10~15 MPa;抗拉伸形变为5~13%。当支架受到弯曲或者挤压作用后，可恢复到原有形态。

权利要求

1.一种多层结构的神经修复导管支架，其特征在于，神经修复导管支架具有内管、中管和外管三层结构，内管为实心结构，中管为纳米纤维结构，外管为微米纤维结构，其每种结构的高分子材料组成不同，内管为外消旋聚乳酸，中管为乳酸己内酯共聚物，外管为左旋聚乳酸；

外消旋聚乳酸组分的重均分子量比为左旋聚乳酸：右旋聚乳酸=7:3，乳酸己内酯共聚物组分的重均分子量比为左旋聚乳酸：聚己内酯=7:3；

神经修复导管支架具有一定的机械性能，可以弯曲和拉伸，具有较强的韧性和支撑力，其拉伸强度为10MPa、11 MPa、12 MPa和15MPa，抗拉伸形变为10%、11%和13%；

神经修复导管支架的内径为2～4毫米，外径为2.2～4.2毫米，长度为10～200毫米；

内管厚度为0.6～0.8毫米，中管的厚度为0.1～0.2毫米，外管的厚度为0.1～0.4毫米；

中管的纤维平均直径为240～450纳米，外管的纤维平均直径为1.1～1.4微米。

2.根据权利要求1所述多层结构的神经修复导管支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将外消旋聚乳酸溶解于二氯甲烷中，加热并冷凝回流溶解，形成溶液A；

（2）将乳酸己内酯共聚物常温下溶解于二氯甲烷与N-二甲基酰胺混合溶剂中，形成溶液B；

（3）将左旋聚乳酸常温下溶解于的二氯甲烷与N-二甲基酰胺混合溶剂中，形成溶液C；

（4）用棒状模具插入上述的溶液A中，适度搅拌后马上竖直取出，倒置在通风处放置，常温挥发6小时以上，得到内管；

（5）搭建喷射台I，注射器针头为5号平角针头，针尖与接收装置距离为10厘米；将步骤（2）中得到的溶液B装入注射器中，将内管及棒状模具竖直固定在金属旋转装置上，旋转收集静电纺丝；

（6）搭建喷射台II，注射器针头为10号平角针头，针尖与接收装置距离为10厘米；将步骤（3）中得到的溶液C装入注射器中，将内管及棒状模具竖直固定在金属旋转装置上，旋转收集静电纺丝；

（7）冷冻干燥处理12小时，将支架经泡在40℃温水中浸泡10分钟，即可将支架与棒状模具分离；

溶液A、溶液B和溶液C中高分子材料的浓度范围依次为10～25%、1～1.5%和1～1.5%；溶液B和溶液C中二氯甲烷与N-二甲基酰胺的体积比为7:3；

采用静电纺丝技术制备中管结构时，注射速率为0.4mL/h，注射量0.5～1毫升；

采用静电纺丝技术制备外管结构时，注射速率为0.4mL/h，注射量0.5～1毫升。

3.根据权利要求2所述多层结构的神经修复导管支架的制备方法，其特征在于，棒状模具直径为2～3毫米。

说明书

多层结构的神经修复导管支架及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有多层结构的生物可降解高分子神经修复导管支架及其制备方法，属于神经组织工程领域。

背景技术

[0002] 周围神经损伤后缺损的替代修复一直是一个世界性难题。目前临床主要采用自体的神经移植修复周围神经缺损，但存在着自体的神经移植存在将对病人带来二次损伤，并且手术难度大，患者难于完全康复等诸多问题。运用人工神经移植物作为支架修复周围神经缺损是近年来周围神经领域的研究热点, 期望能替代自体神经移植修复周围神经缺损，但目前没有理想的产品出现。

[0003] 目前研究认为合理的神经修复支架应该满足以下几个要求:

[0004] （1）支架的材料生物可降解，且降解速率应该能够调节；

[0005] （2）支架具有一定的机械性能，能够为神经提供足够的生长空间和机械强度；

[0006] （3）具有良好的生物相容性，不能影响组织活性和功能。

[0007] 大量研究表明，左旋聚乳酸，外消旋聚乳酸及乳酸己内酯共聚物，具有良好的生物相容性，将三种材料结合可有效地调节材料的性能，左旋聚乳酸和外消旋聚乳酸可增强材料强度，乳酸己内酯共聚物可增强材料韧性和弹性模量。

[0008] 通过静电纺丝技术所制备的可降解高分子管状支架可以实现降解速率应该能够调节，如单纯的高分子膜相比，能模拟细胞外表面基质微观形貌和结构，良好的生物相容性，达到细胞的粘附和生长的目的。但由于静电纺丝缺乏必要的机械强度，这给该类支架在植入体内前细胞培养和植入手术操作带来不便。虽然融入其他生物材料，但都不能完全满足足够的机械强度和细胞生长空间。

[0009] 所以，目前需要一种能起到支撑空间的能力又能具有多孔结构提供合理的三维空间便于神经损伤的组织相关细胞的种植和增殖。

发明内容

[0010] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种生物可降解的高分子制备的具有三层结构的神经修复导管支架及其制备方法，运用于神经组织工程领域。

[0011] 一种多层结构的神经修复导管支架，其特征在于，神经修复导管支架具有内管、中管和外管三层结构，其每种结构的高分子材料组成不同，内管为外消旋聚乳酸，中管为乳酸己内酯共聚物，外管为左旋聚乳酸。

[0012] 外消旋聚乳酸组分的重均分子量比为左旋聚乳酸：右旋聚乳酸=7:3，乳酸己内酯共聚物组分的重均分子量比为左旋聚乳酸：聚己内酯=7:3。

[0013] 神经修复导管支架的内径为2～4毫米，外径为2.2～4.2毫米，长度为10～200毫米。

[0014] 内管厚度为0.6～0.8毫米，中管的厚度为0.1～0.2毫米，外管的厚度为0.1～0.4毫米。

[0015] 中管的纤维平均直径为240～450纳米，外管的纤维平均直径为1.1～1.4微米。

[0016] 一种多层结构的神经修复导管支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0017] （1）将外消旋聚乳酸溶解于二氯甲烷中，加热并冷凝回流溶解，形成溶液A；

[0018] （2）将乳酸己内酯共聚物常温下溶解于二氯甲烷与N-二甲基酰胺混合溶剂中，形成溶液B；

[0019] （3）将左旋聚乳酸常温下溶解于的二氯甲烷与N-二甲基酰胺混合溶剂中，形成溶液C；

[0020] （4）用棒状模具插入上述的溶液A中，适度搅拌后马上竖直取出，倒置在通风处放置，常温挥发6小时以上，得到内管；

[0021] （5）搭建喷射台I，注射器针头为5号平角针头，针尖与接收装置距离为10厘米；将步骤（2）中得到的溶液B装入注射器中，将内管及棒状模具竖直固定在金属旋转装置上，旋转收集静电纺丝；

[0022] （6）搭建喷射台II，注射器针头为10号平角针头，针尖与接收装置距离为10厘米；将步骤（3）中得到的溶液C装入注射器中，将内管及棒状模具竖直固定在金属旋转装置上，旋转收集静电纺丝；

[0023] （7）冷冻干燥处理12小时，将支架经泡在40℃温水中浸泡10分钟，即可将支架与棒状模具分离。

[0024] 溶液A、溶液B和溶液C中高分子材料的浓度范围依次为10～25%、1～1.5%和1～1.5%；溶液B和溶液C中二氯甲烷与N-二甲基酰胺的体积比为7:3。

[0025] 棒状模具直径为2～3毫米。

[0026] 采用静电纺丝技术制备中管结构时，注射速率为0.4mL/h，注射量0.5～1毫升。

[0027] 采用静电纺丝技术制备外管结构时，注射速率为0.4mL/h，注射量0.5～1毫升。

[0028] 本发明提供的神经修复导管支架所用的材料为生物可完全降解的高分子材料制备，具有良好的生物相容性，细胞相对增殖率（RGR）均为1级；支架具有独立的内中外三层管状结构，内管是实心的左旋聚乳酸，增强支架的机械强度，可保持支架挤压或弯曲形变后恢复原有形态；中管和外管的不同大小的纤维为细胞附着和生长提供必要的空间。

[0029] 本发明提供的制备工艺简单，无需特殊大型仪器，成本低廉，制备时间短。

附图说明

[0030] 图1为本发明制备的神经修复导管支架的立体结构示意图。1为外管，2为中管，3为内管。

[0031] 图2为本发明制备的神经修复导管支架的三层结构示意图。1为外管的微米纤维结构，2为中管的纳米纤维结构，3为内管的实心结构。

具体实施方式

[0032] 实施例1：

[0033] 步骤如下：

[0034] （1）称取3g 外消旋聚乳酸溶解于20ml的二氯甲烷中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液A；

[0035] （2）称取0.3g 乳酸己内酯共聚物溶解于10ml的二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比为7:3）混合溶剂中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液B；

[0036] （3）称取0.6g 左旋聚乳酸溶解于10ml的二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比为7:3）混合溶剂中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液C；

[0037] （4）用直径为3mm的不锈钢棒插入上述的溶液A中，适度搅拌后马上竖直取出，倒置在通风处放置，常温挥发6小时以上，得到内管；

[0038] （5）搭建喷射台I，注射器针头为5号平角针头，针尖与接收装置距离为10cm。将步骤（2）中得到的溶液B装入注射器中，将内管及不锈钢棒竖直固定在金属旋转装置上，50rpm的速度旋转。注射速率为0.4mL/h，注射量0.5mL，得到纳米纤维组成的中管。

[0039] （6）搭建喷射台II，注射器针头为10号平角针头，针尖与接收装置距离为10cm。将步骤（3）中得到的溶液C装入注射器中，将内管及不锈钢棒竖直固定在金属旋转装置上，50rpm的速度旋转。注射速率为0.4mL/h，注射量0.7mL，得到微米纤维组成的外管。

[0040] （7）冷冻干燥处理12h，将支架经泡在40℃温水中浸泡10min，即可将支架与不锈钢棒分离。

[0041] 所得的神经修复导管支架具有内管、中管和外管三层结构，均为空心管状结构。支架长度为200mm，可以弯曲和拉伸，具有较强的韧性和支撑能力，其拉伸强度为15MPa; 抗拉伸形变为13%。采用游标卡尺测量，其内直径约为3.1mm，外径约为4.3mm。经扫描电子显微镜观察，内管厚度约为0.8mm，中管的厚度约为0.15mm，外管的厚度约为0.25mm；外管的纤维平均直径为1.1μm，中管的纤维平均直径为430nm。

[0042] 实施例2：

[0043] 步骤如下：

[0044] （1）称取2g 外消旋聚乳酸溶解于20ml的二氯甲烷中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液A；

[0045] （2）称取0.3g 乳酸己内酯共聚物溶解于10ml的二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比为7:3）混合溶剂中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液B；

[0046] （3）称取0.6g 左旋聚乳酸溶解于10ml的二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比为7:3）混合溶剂中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液C；

[0047] （4）用直径为3mm的不锈钢棒插入上述的溶液A中，适度搅拌后马上竖直取出，倒置在通风处放置，常温挥发6小时以上，得到内管；

[0048] （5）搭建喷射台I，注射器针头为5号平角针头，针尖与接收装置距离为10cm。将步骤（2）中得到的溶液B装入注射器中，将内管及不锈钢棒竖直固定在金属旋转装置上，50rpm的速度旋转。注射速率为0.4mL/h，注射量1mL，得到纳米纤维组成的中管。

[0049] （6）搭建喷射台II，注射器针头为10号平角针头，针尖与接收装置距离为10cm。将步骤（3）中得到的溶液C装入注射器中，将内管及不锈钢棒竖直固定在金属旋转装置上，50rpm的速度旋转。注射速率为0.4mL/h，注射量0.2mL，得到微米纤维组成的外管。

[0050] （7）冷冻干燥处理12h，将支架经泡在40℃温水中浸泡10min，即可将支架与不锈钢棒分离。

[0051] 所得的神经修复导管支架具有内管、中管和外管三层结构，均为空心管状结构。支架长度为100mm，可以弯曲和拉伸，具有较强的韧性和支撑能力，其拉伸强度为12MPa; 抗拉伸形变为11%。采用游标卡尺测量，其内直径约为3.0 mm，外径约为3.8mm。经扫描电子显微镜观察，内管厚度约为0.6mm，中管的厚度约为0.1mm，外管的厚度约为0.1mm；外管的纤维平均直径为1.1μm，中管的纤维平均直径为430nm。

[0052] 实施例3：

[0053] 步骤如下：

[0054] （1）称取3g 外消旋聚乳酸溶解于20ml的二氯甲烷中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液A；

[0055] （2）称取0.2g 乳酸己内酯共聚物溶解于10ml的二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比为7:3）混合溶剂中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液B；

[0056] （3）称取0.8g 左旋聚乳酸溶解于10ml的二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比为7:3）混合溶剂中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液C；

[0057] （4）用直径为2mm的不锈钢棒插入上述的溶液A中，适度搅拌后马上竖直取出，倒置在通风处放置，常温挥发6小时以上，得到内管；

[0058] （5）搭建喷射台I，注射器针头为5号平角针头，针尖与接收装置距离为10cm。将步骤（2）中得到的溶液B装入注射器中，将内管及不锈钢棒竖直固定在金属旋转装置上，50rpm的速度旋转。注射速率为0.4mL/h，注射量0.5mL，得到纳米纤维组成的中管。

[0059] （6）搭建喷射台II，注射器针头为10号平角针头，针尖与接收装置距离为10cm。将步骤（3）中得到的溶液C装入注射器中，将内管及不锈钢棒竖直固定在金属旋转装置上，50rpm的速度旋转。注射速率为0.4mL/h，注射量0.7mL，得到微米纤维组成的外管。

[0060] （7）冷冻干燥处理12h，将支架经泡在40℃温水中浸泡10min，即可将支架与不锈钢棒分离。

[0061] 所得的神经修复导管支架具有内管、中管和外管三层结构，均为空心管状结构。支架长度为100mm，可以弯曲和拉伸，具有较强的韧性和支撑能力，其拉伸强度为10MPa; 抗拉伸形变为11%。采用游标卡尺测量，其内直径约为2.0 mm，外径约为4.2mm。经扫描电子显微镜观察，内管厚度约为0.8mm，中管的厚度约为0.1mm，外管的厚度约为0.3mm；外管的纤维平均直径为1.4μm，中管的纤维平均直径为240nm。

[0062] 实施例4：

[0063] 步骤如下：

[0064] （1）称取5g 外消旋聚乳酸溶解于20ml的二氯甲烷中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液A；

[0065] （2）称取0.2g 乳酸己内酯共聚物溶解于10ml的二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比为7:3）混合溶剂中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液B；

[0066] （3）称取0.8g 左旋聚乳酸溶解于10ml的二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比为7:3）混合溶剂中，加热并冷凝回流溶解1小时，形成溶液C；

[0067] （4）用直径为3mm的不锈钢棒插入上述的溶液A中，适度搅拌后马上竖直取出，倒置在通风处放置，常温挥发6小时以上，得到内管；

[0068] （5）搭建喷射台I，注射器针头为5号平角针头，针尖与接收装置距离为10cm。将步骤（2）中得到的溶液B装入注射器中，将内管及不锈钢棒竖直固定在金属旋转装置上，50rpm的速度旋转。注射速率为0.4mL/h，注射量1mL，得到纳米纤维组成的中管。

[0069] （6）搭建喷射台II，注射器针头为10号平角针头，针尖与接收装置距离为10cm。将步骤（3）中得到的溶液C装入注射器中，将内管及不锈钢棒竖直固定在金属旋转装置上，50rpm的速度旋转。注射速率为0.4mL/h，注射量1mL，得到微米纤维组成的外管。

[0070] （7）冷冻干燥处理12h，将支架经泡在40℃温水中浸泡10min，即可将支架与不锈钢棒分离。

[0071] 所得的神经修复导管支架具有内管、中管和外管三层结构，均为空心管状结构。支架长度为100mm，可以弯曲和拉伸，具有较强的韧性和支撑能力，其拉伸强度为11MPa; 抗拉伸形变为10%。采用游标卡尺测量，其内直径约为3.2 mm，外径约为4.4mm。经扫描电子显微镜观察，内管厚度约为0.6mm，中管的厚度约为0.2mm，外管的厚度约为0.4mm；外管的纤维平均直径为1.4μm，中管的纤维平均直径为240nm。

[0072] 实施例5：

[0073] 对实施例1~4中所制备的神经修复导管支架进行生物相容性研究。

[0074] 将实施例1~4中所制备的神经修复导管支架用手术刀切成长度为0.5cm左右的小段。紫外灭菌处理后，分别放置在48孔板中。每孔分别接种上105个HMS细胞，细胞培养箱中培养24小时，用细胞活性试剂盒CCK-8（天根，中国）进行细胞活性测试，在450nm波长的滤光片下的OD值反应了细胞总活性。105个HMS细胞接种在一个孔后，没有支架且相同数量的细胞在培养箱中培养24小时的为对照组。计算细胞相对增殖率（RGR）用以下公式：

[0075] RGR(%) = (样品OD/对照OD)*100%

[0076] 细胞相对增殖率和毒性反应分级见表1。

[0077] 表1 神经修复导管支架细胞相对增殖率和毒性反应分级

[0078]

[0079] 注：毒性反应分级: 依据RGR将材料的毒性反应分级如下: 0 级为RGR ≥ 100%; 1级为80% ~ 99%; 2 级为50% ~ 79%; 3 级为30% ~ 49% ; 4 级为0% ~ 29%[0080] 由上表可知，实施例1~实施例4中的支架的细胞相对增殖率RGR（%）都为I级，生物相容性反应均为良好。