胶原支架材料的制备与表征_谢德明(来源：中国知网付费下载)

第26卷第3期2006年6月 暨南大学学报(自然科学版) Jour nal of Ji n an University(Natura l Sc ience)

Vo.l 27N o .3

Jun .2006

[收稿日期] 2005-09-14

[基金项目] 广东省十五重点攻关计划资助项目(A302020104)

[作者简介] 谢德明(1970-),男,副研究员,博士,研究方向:生物材料与组织工程

胶原支架材料的制备与表征

谢德明, 施云峰

(暨南大学生物医学工程系,广东广州510632)

[摘 要] 分别采用真空高温脱水和化学交联剂1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)-碳化二亚胺处理经冷冻干燥后的胶原海绵材料,制备组织工程支架,讨论反应条件对胶原性能的影响,测定胶原支架的力学强度和降解特性.结果发现,不同的处理方法都能保持胶原海绵的三维多孔结构,孔隙率可达到90%;真空高温脱水获得的胶原海绵材料力学强度较小,但断裂伸长率略大;碳化二亚胺交联胶原海绵材料力学强度相对较高,抗张强度为380kPa 左右.胶原海绵交联后,降解速率显著小于未经交联的胶原材料.细胞培养试验表明成纤维细胞可以在支架材料上正常生长.两种交联方法处理胶原海绵,其细胞生长行为差异无显著性,适合于作为组织工程支架.[关键词] 胶原蛋白; 交联; 支架材料; 组织工程

[中图分类号] R 318 [文献标识码] A [文章编号] 1000-9965(2006)03-0439-05

Preparation and characterization of collagen as

tissue engineeri ng scaffol d

XI E De -m i n g , S H I Yun -feng

(D epart ment o f B i om ed i ca l Eng i neer i ng ,Jinan U n i versity ,Guangzhou 510632,Ch i na)

[Abstract] The bio m ateria ls of po r ous collagen sponge had been prepared by dehydro -ther m a l treat m entm ethod and usi n g 1-ethy l -3-(3-di m et h y l a m i n opr opy l )car bo -d ii m i d e (EDC)as a che m ical cr oss-li n k i n g respectively .The reaction conditi o ns wh ich

m ight a ffect the pr operties o f the m odified co llagen sponge w ere discussed and ,deter m i n ed the rate of degradati o n i n ba lancing salt solution and ,the por osity degree o f t h e sponge sca-f fo lds ,and its m echa n ica l properties w ere also eva l u ated in v itr o .The results sho w that the m ax i m u m tension strength reached 380kPa by EDC cross-linking ,and the m ateri a lswh ich treated by dehydrother m al under vacuu m had slo w deg radation .The inherent por ous charac -ter of co llagen sponge cou l d be kept after t h e t w o treat m ents and had a porosity of 90%.The trial of ce lls culture i n d icated that t h e cells g r o w th behav i o r had no d istinct d ifference w hen the fibr ob lasts w ere seeded i n the collagen scaffo l d m odified before and after .[Key w ords] co llagen ; cr oss-li n k i n g ; scaffold ; tissue eng i n eeri n g

440暨南大学学报(自然科学版)2006年

胶原蛋白是动物结缔组织的主要结构成分,来源于不同种类动物的胶原具有极其相似的化学和生物学特征,同时胶原具有低免疫原性,而且来源广泛,具有特殊的生物相容性和生物可降解性,是最早被应用的天然生物材料[1].胶原具有特异性的分子识别信号,可促进细胞的黏附和增殖,诱导细胞的分化,可为细胞生长提供支架.胶原在体内降解为各种氨基酸,安全无毒、无刺激性、无致敏源.因此,胶原材料被广泛用作组织工程培养细胞的支架材料.但是,胶原材料的力学性能差,而且在体内体外应用时降解速率高,容易为体内的胶原酶分解,限制了其应用.

为了获得一种具有合适的机械强度和可加工性能的胶原支架材料,很多学者进行了各种尝试,如直接采用动物组织脱细胞后的基质作为细胞培养支架[2],或者在具有较高强度的合成高分子材料表面固定胶原[3],而其中最为多见的方法就是对胶原进行化学交联.采用化学交联剂使胶原分子间形成交联键,甲醛、戊二醛、六次甲基二异氰酸酯等是常用的交联剂,除此以外,甲壳糖等天然或合成阳离子大分子物质也可起到交联作用.但是,化学交联剂往往具有细胞毒性,不适合于组织工程支架材料的制备.据文献报道,碳化二亚胺是一类具有良好生物相容性的化学交联剂[4],本文利用碳化二亚胺处理胶原海绵,并与物理交联法进行对比,研究交联前后胶原海绵的力学强度和降解行为,探讨适合于组织工程支架应用的胶原材料成型制备方法.

1材料与方法

1.1试剂与材料

胶原,猪皮中提取Ⅰ、Ⅲ型,实验室自制;1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)-碳化二亚胺(EDC),AR,ACROS公司;N-羟基琥珀酰亚胺(NH S),AR,ACROS公司;2-(N-吗啉)乙撑磺酸,AR,F ARCO公司;胃蛋白酶(2500U/mg),SI G MA;胎牛血清,DME M,GI BCO B RL公司.

1.2试验方法

(1)胶原海绵的制备.将自制的猪皮胶原样品溶解于0.1m ol/L的乙酸溶液中,8000 r/m in冷冻离心30m i n后,取上清液.超声波处理5m in,然后将胶原溶液倒入直径5c m的培养皿中,-20e预冻2h,置于真空冷冻干燥机冻干24h,得多孔胶原海绵.

(2)胶原海绵的交联.化学交联法:将3c m@3c m的胶原海绵浸入50mL含50mm o l/L 2-(N-吗啉)乙撑磺酸(M ES)的体积分数为40%的乙醇溶液中,室温下浸泡30m in.加入1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)-碳化二亚胺(EDC)65m g和N-羟基琥珀酰亚胺(NH S)15m g,摇动使之溶解,室温下反应数小时.分别用0.1m o l/L N a2H PO4、1m ol/L N a C l 和蒸馏水冲洗胶原海绵,再次冷冻干燥.

物理交联法:将3c m@3c m的胶原海绵置于真空干燥箱,50e干燥3h,80e下继续干燥0.5h,然后升到所需温度,干燥适当时间.

复合交联法:将3c m@3c m的胶原海绵置于真空干燥箱,120e下处理3d,然后再进行化学交联.

(3)机械强度测试.将胶原海绵材料裁剪成4c m@2c m@0.2c m,固定在XL-50型拉力机上,以5mm/s速率,测试材料的抗张强度和断裂伸长率.

(4)胶原海绵孔隙率的测定[5].将薄膜状胶原海绵卷成团,称重(m s);然后将其浸入盛满乙醇,质量为m1的比重瓶中,使乙醇充分充盈于胶原海绵孔隙中,脱气,加满乙醇,并称重,质