CN110013567A - 一种具有多级结构的可降解载药控释心肌修复补片 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械及心肌修复领域，具体涉及一种具有多级结构的可降解载药控释心机修复补片及其制备方法。所述心肌修复补片基体材料为左旋聚乳酸/聚乙内酯（PLLA/PCL）混合物，所述搭载药物为血管内皮生长因子/碱性成纤维细胞生长因子（VEGF/bFGF），所述心肌修复补片具有导电特性，所述心肌修复补片表面涂布有多巴胺，所述载体纤维具有取向性且有微槽或微孔结构。本发明制备工艺为：（1）VEGF/bFGF、聚吡咯/金属微粒与PLLA/PCL在温和溶剂中共混，室温下利用超声乳化和多流体取向静电纺丝技术制备心肌修复补片；（2）利用激光雕刻技术对制备的心肌修复补片表面进行雕刻，制成多级结构，（3）心肌修复补片表层涂布聚多巴胺，以利于组织粘附。

Description

一种具有多级结构的可降解载药控释心肌修复补片

技术领域

本发明属于医疗器械领域及心肌修复领域，具体涉及一种多级结构的可降解载药控释心肌修复补片，及所述心肌修复补片的制备方法。

背景技术

心肌缺血（冠心病）是心脏多发疾病，根据WHO统计心血管事件是全球的头号死亡原因，急性心肌梗死占各类心血管事件的40%以上，对缺血心肌细胞实施早期保护是心肌功能重建的关键环节。

心肌修复补片是暂时替代坏死心肌功能，促进心肌组织愈合、修复、再生的的重要医疗器械。心肌补片能够模仿天然心肌的结构并具有心功能，诱导心肌细胞附着和生长，促进心肌功能化，修复体内梗死部位的心肌恢复心功能。

以“cardiac patches”和“myocardium”为关键词分别在美国专利局和欧洲专利局搜索到200篇相关专利，分析了其中相关度较高的8篇。专利【US10149922B1】所述心肌补片包括可生物降解的工程胶原蛋白支架，为受伤的心脏提供结构支撑，以及由贴片输送到心脏的治疗剂。支架由致密的胶原薄片组成，由塑料压缩制成。专利【US2015246157A1】所述支架材料为合成或天然聚合物，包括聚乳酸、乙醇酸、内酯、壳聚糖等。专利【US2014328806A1】所述心肌补片表面为细胞外基质。专利【US2015335417A1】所述心肌补片为纤维蛋白凝胶支架中培养细胞构成，细胞可以是原代心脏细胞。专利【US7856260B1】所述心脏补片带有电极电路。专利【CN107670110 A】所述纤维蛋白微结构复合心脏贴片制备方法主要包括纤维蛋白微丝的制备、纤维蛋白微丝组织的形成、复合层的制备和组织培养三个步骤。专利【US7396537 B1】所述心脏贴片包括凝胶层、中间层和增强层三层，其中凝胶层可以包含干细胞，凝胶层可以是可生物降解的多空网状物，增强层可以是聚四氟乙烯。专利【US6221104B1】所述贴片专用于先天性心力衰竭的症状，安放位置为心室。以“心肌补片”为关键词搜索中国专利网共搜索到6篇相关专利，其中有两篇相关度较高。专利号为【CN 105749350 A】的发明专利制备了一种水凝胶支架，通过搭载的间充质干细胞或者心肌细胞的增殖来达到心肌修复的目的。专利号为【CN 108079378 A】的发明专利，其主要靠硅酸盐无机生物材料溶出的活性离子促进心肌细胞增殖；所述精确调控离子释放浓度通过改变初始的硅酸盐复合浓度实现；所述微纳米结构主要通过调节静电纺丝参数实现。以“cardiac patches”为关键词搜索PubMed数据库，共有13555篇相关文献，按照“Best Match”排序，得到最相关的5篇文献。文章【A Regenerative Cardiac Patch Formed by Spray Painting of Biomaterialsonto the Heart】所述心肌补片是用一种微创的方法将一种心脏贴剂通过喷涂原位可聚合生物材料应用到心脏上。文章【Biomaterial-Free Three-Dimensional Bioprinting ofCardiac Tissue using Human Induced Pluripotent Stem Cell DerivedCardiomyocytes】所述心肌补片利用3D生物打印，将人诱导的多能干细胞源性心肌细胞、成纤维细胞、和内皮细胞聚集在一起形成混合细胞球体，所有细胞比率的心脏组织块在3D生物打印后自发跳动。文章【Engineered hybrid cardiac patches with multifunctionalelectronics for online monitoring and regulation of tissue function】所述心肌补片由心脏细胞、柔性独立电子设备、3D纳米复合支架结合而成。该贴片表现出强劲的电子性能，能够记录细胞的电活动，并按需提供电刺激以同步细胞收缩。文章【FunctionalEffects of a Tissue-Engineered Cardiac Patch From Human Induced PluripotentStem Cell-Derived Cardiomyocytes in a Rat Infarct Model】所述心机贴片由多能干细胞源性心肌细胞（hiPSC-CMs）和人周细胞（PM）包埋在纤维蛋白凝胶中构成。文章【Optimizing a spontaneously contracting heart tissue patch with】所述心肌补片通过在纤维蛋白凝胶植入100-600万新生心脏细胞而成。

本发明所述心肌修复补片基体材料由生物相容性良好的可降解材料构成，其中包含有促进心肌组织再生的生长因子，并通过多流体取向静电纺丝技术及飞秒激光雕刻技术形成多级空间结构。左旋聚乳酸（PLLA）和聚乙内酯（PCL）是具有良好生物相容性的完全可降解聚合物，广泛应用于组织工程材料中（***, 2009），也常用于药物控释***中（母朝静，2018）。血管内皮生长因子及碱性成纤维细胞生长因子是促进心血管修复及再生过程中的重要因子（Bremnes R M , 2006），能够促进受损血管及心肌的修复及再生。聚吡咯具有良好的生物相容性，是一种常见的无毒导电聚合物。多流体取向静电纺丝技术是近年来兴起的一种纳米纤维成型技术，该技术能够实现不同物料的同时注入，通过不同物料的推注速度实现不同物料的浓度配比，并通过静电纺丝技术实现纤维的取向。飞秒激光技术能对材料进行切割、打孔、雕刻，且对周围材料影响极小，通过飞秒激光雕刻技术，可在心肌修复补片上雕刻微槽或微孔，实现心肌修复补片的多级结构。

本发明提出一种具有多级结构的可降解载药控释心肌修复补片，本发明通过超声乳化等方法将聚吡咯等导电介质与PLLA/PCL等生物相容性高的可降解聚合物在室温下混合。利用多流体静电纺丝技术，制成具有取向纺丝纤维的心肌修复补片，多流体方式同时实现药物浓度与纺丝取向的控制。利用激光雕刻技术在心肌修复补片表面雕刻微槽及微孔，实现多级结构。

发明内容

本发明提出一种具有多级结构的可降解载药控释心肌修复补片及其制备方法，所述心肌修复补片具有多级空间结构，所述心肌修复补片具有可降解及导电控释功能，所述心肌修复补片能通过释放生长因子促进心肌组织的修复及再生。所述心肌修复补片制备方法为：（1）生长因子及导电介质通过超声乳化法由PLLA/PCL包裹。（2）利用多流体取向静电纺丝技术，制成可降解载药控释心肌修复补片。（3）利用激光雕刻技术在心肌修复补片表面雕刻实现多级结构。

上述“导电介质”可选用聚吡咯或金属粒子及纳米磁性材料等具有导电性能的物质，“可降解”可通过选用PLLA等生物相容性好的聚合物实现，所述“载药”可选用VEGF、bFGF等生长因子，所述“控释”可通过PLLA等的降解及PCL的控释***实现，所述“心肌修复补片”是通过多流体取向静电纺丝技术制备，所述“多级结构”是通过多流体取向静电纺丝技术及飞秒激光雕刻实现。

本发明创新点在于：

（1）本发明通过PLLA和PCL的联合应用实现载药的可控释放，释放周期为3-12个月，且通过调控PLLA和PCL的浓度比例，实现不同需求的降解周期及降解速率。

（2）本发明通过VEGF和bFGF的注入，实现促进受损伤心肌组织及神经的愈合、修复和再生。

（3）本发明通过聚吡咯/聚吡咯纳米微球或金属粒子的注入，实现心肌修复补片的导电性及新生细胞的取向增殖及生长。

（4）通过在心肌修复补片表面涂布聚多巴胺，实现补片与心肌周围组织的粘附。

（5）本发明通过多流体取向静电纺丝技术实现药物浓度的调控、降解周期的调控及空间结构的构造。

（6）本发明通过多流体取向静电纺丝技术及激光雕刻技术实现心肌修复补片的多级结构。

具体实施方式：

本发明中所述具有多级结构的可降解载药控释心肌修复补片是通过以下工艺制备：（1）生长因子及导电介质通过超声乳化法由生物相容性良好的可降解聚合物包裹。（2）利用多流体取向静电纺丝技术，制成可降解载药控释心肌修复补片。（3）利用激光雕刻技术在心肌修复补片表面雕刻实现多级结构。

附图说明：

附图1：多流体取向静电纺丝***

该***包含三部分，A为多级释放载体，VEGF/ bFGF由PCL包裹，分为A/B液，A液为PLLA/PCL，B液为包裹有VEGF/ bFGF的PCL微球悬液；B为多流体***，可通过推注速度实现生长因子的浓度控制，C为取向静电纺丝的空间结构形成过程，实现三个方向的取向，为第一级空间结构。

附图2：飞秒激光雕刻

通过飞秒激光雕刻技术，在心肌修复补片的一侧雕刻成微槽或者微孔，微槽的宽度为10-100μm，微孔的直径为10-100μm，实现心肌修复补片的第二级空间结构。

附图3：多级空间结构完成生长因子多级释放

随着心肌修复补片的降解，由控释***包裹的生长因子逐步释放。

以下实施例有助于更好的理解本发明。

实施例1

通过超声乳化法将PLLA/PCL溶于四氢呋喃混匀制成A液，PLLA占40%（w/w），PCL占20%（w/w）。利用超声乳化法将VEGF/ bFGF用PCL包裹（20%，w/w），然后溶于四氢呋喃（60%，w/w）混匀制成B液。利用多流体取向静电纺丝技术制成细胞补片，推注速度V1为0.02mm/min, V2为0.025mm/min，利用飞秒激光雕刻技术在补片表面雕刻成微槽或微孔，微槽的宽度为20μm，微孔的直径为20μm。工艺流程见图1：包括超声乳化、多流体静电纺丝、激光雕刻。得到2mm厚度的心肌修复补片，在模拟体液的条件下测试样品降解速率。结果显示：心肌修复补片在4个月时失去表面形貌，在6个月时呈现糊状状态，在9个月时完全降解。测试模拟体液中VEGF及bFGF浓度变化显示，前四个月浓度上升很快，4-6个月浓度上升速度趋于平缓，到9个月时浓度达到最大。

实施例2

通过超声乳化法将PLLA/PCL溶于四氢呋喃混匀制成A液，PLLA占30%（w/w），PCL占30%（w/w）。利用超声乳化法将VEGF/ bFGF用PCL包裹（20%，w/w），然后溶于四氢呋喃（70%，w/w）混匀制成B液。利用多流体取向静电纺丝技术制成细胞补片，推注速度V1为0.04mm/min, V2为0.03mm/min，利用飞秒激光雕刻技术在补片表面雕刻成微槽或微孔，微槽的宽度为40μm，微孔的直径为20μm。工艺流程见图1：包括超声乳化、多流体静电纺丝、激光雕刻。得到2mm厚度的心肌修复补片，测试心肌修复补片面积缩小达到26%。心肌修复补片电传导速度为43cm/s。

实施例3

通过超声乳化法将PLLA/PCL溶于四氢呋喃混匀制成A液，PLLA占40%（w/w），PCL占20%（w/w）。利用超声乳化法将VEGF/ bFGF用PCL包裹（20%，w/w），然后溶于四氢呋喃（60%，w/w）混匀制成B液。利用多流体取向静电纺丝技术制成细胞补片，推注速度V1为0.02mm/min, V2为0.025mm/min，利用飞秒激光雕刻技术在补片表面雕刻成微槽或微孔，微槽的宽度为20μm，微孔的直径为20μm。工艺流程见图1：包括超声乳化、多流体静电纺丝、激光雕刻。得到2mm厚度的心肌修复补片，将心肌细胞种植到补片一侧，观察细胞生长状态及增殖攀爬方向。结果显示新生细胞全部沿着所刻微槽方向生长；体外细胞培养显示细胞毒性显示为0-1级。

实施例4

通过超声乳化法将PLLA/PCL溶于四氢呋喃混匀制成A液，PLLA占40%（w/w），PCL占20%（w/w）。利用超声乳化法将VEGF/ bFGF用PCL包裹（20%，w/w），然后溶于四氢呋喃（60%，w/w）混匀制成B液。利用多流体取向静电纺丝技术制成细胞补片，推注速度V1为0.02mm/min, V2为0.025mm/min，利用飞秒激光雕刻技术在补片表面雕刻成微槽或微孔，微槽的宽度为20μm，微孔的直径为20μm。工艺流程见图1：包括超声乳化、多流体静电纺丝、激光雕刻。得到2mm厚度的心肌修复补片。植入小鼠受损心肌部位，解剖观察未发现炎症反应，未发现炎症细胞，新生心肌组织能填充已降解的心肌修复补片的位置，组织内有微血管生成。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，但不限于这些实施例。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出的更改，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种具有多级结构的可降解载药控释心肌修复补片及其制备方法，其特征在于：该心肌修复补片具有可降解载药控释功能，该心肌修复补片具有导电功能，该心肌修复补片易与组织粘附，该心肌修复补片具有多级空间结构。

2.根据权利要求1所述的心肌修复补片，其特征在于：所述可降解材料为PLLA、PLA、PGA、PLGA等生物相容性好的可降解材料。

3.根据权利要求1所述的心肌修复补片，其特征在于：所述载药为VEGF和bFGF等能促进受损心肌愈合、修复及再生，促进神经及血管再生的生长因子。

4.根据权利要求1所述的心肌修复补片，其特征在于：所述控释材料为PCL等药物控释材料。

5.根据权利要求1所述的心肌修复补片，其特征在于：所述导电材料为聚吡咯或金属微粒等能导电的材料。

6.根据权利要求1所述的心肌修复补片，其特征在于：所述心肌修复补片表面具有聚多巴胺涂层易与组织粘附。

7.根据权利要求1所述的心肌修复补片，其特征在于：所述心肌修复补片空间结构由取向静电纺丝及飞秒激光雕刻技术形成。

8.一种具有多级结构的可降解载药控释心肌修复补片的制备方法，其特征在于：所诉心肌修复补片的制备工艺主要包括超声乳化、多流体取向静电纺丝技术、飞秒激光雕刻技术。

9.根据权利要求8所述的心肌修复补片制备方法，其特征在于：生长因子及导电材料通过超声乳化法由PLLA/PCL包裹。

10.根据权利要求8所述的心肌修复补片制备方法，其特征在于：心肌修复补片通过多流体取向静电纺丝技术成型。

11.根据权利要求1或8所述的心肌修复补片，其特征在于：补片厚度在0.1mm-1cm之间。

12.根据权利要求1所述的心肌修复补片，其特征在于：心肌修复补片表面具有微槽或微孔，微槽的宽度为10-100μm，微孔的直径为10-100μm。