一种可降解磷酸化材料及其制备方法和成骨应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于骨组织工程支架材料领域，特别涉及一种可降解磷酸化材料及其制备 方法和成骨应用。
【背景技术】
[0002] 磷元素作为生命必须的元素之一，是骨骼，牙齿，和遗传物质核酸等的组成元素 之一，磷酸化材料在生物材料领域有着广泛的应用，尤其是在骨缺损修复领域。骨缺损是 临床上最为常见而又棘手的问题之一，外伤骨折、炎症、肿瘤、先天异常等都会造成骨缺损。 仅在美国，一年有620万例骨折发生，其中5-10%不能被有效地治愈[Kretlow JD，Mikos AG. Review:Mineralization of synthetic polymer scaffolds for bone tissue engineering. Tissue Eng. 2007 ; 13:927-38.]，再生医学是解决的潜在手段，诱导干细胞 分化材料是再生医学的核心。赋予骨诱导性有很多方式，比如蛋白，生长因子，多肽，等等。 但是利用小分子赋予材料对应的生物活性，则是更加实用具有应用前景的方式[Benoit DSW j Schwartz MPj Durney AR, Anseth KS. Small functional groups for controlled differentiation of hydrogel-encapsulated human mesenchymal stem cells. Nat Mater. 2008 ;7:816-23 ;Maia FR, Bidarra SJ，Granja PL，Barrias CC. Functionalization of biomaterials with small osteoinductive moieties. Acta biomaterialia. 2013 ； 9:8773-89 ；Place ES, Evans ND, Stevens MM. Complexity in biomaterials for tissue engineering. Nat Mater. 2009 ;8:457_70!U从结构上看，骨组织处于一个磷酸化环境中 [Stevens MMj George JH. Exploring and engineering the cell surface interface. Science. 2005 ;310:1135-8]，且 65-70 % 为无机的羟基憐灰石[Salgado AJ，Coutinho OPj Reis RLBone tissue engineering: State of the art and future trends. Macromol Biosci. 2004 ;4:743-65]，因此，从骨组织仿生模拟角度出发[Stevens MM. Biomaterials for bone tissue engineering.Mater Today. 2008;11:18-25]，磷酸化的材料具有潜在的 成骨诱导性[Watson BMj Kasper FK，Mikos AG. Phosphorous-containing polymers for regenerative medicine. Biomedical materials. 2014 ;9:025014.
[0003] [9]Kang HMjShih YRVjHwang YjWen CjRao VjSeo Tj et al. Mineralized gelatin methacrylate-based matrices induce osteogenic differentiation of human induced pluripotent stem cells. Acta biomaterialia. 2014; 10:4961-70]，无机磷酸f丐成骨诱导 作用已被大量的报道所证实[Phadke A，Shih YRV，Varghese S. Mineralized Synthetic Matrices as an Instructive Microenvironment for Osteogenic Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells. Macromol Biosci. 2012 ；12:1022-32 ；Vaquette Cj Ivanovski S，Hamlet SMjHutmacher DW. Effect of culture conditions and calcium phosphate coating on ectopic bone formation. Biomaterials. 2013 ；34:5538-51]? 也有研究表明含磷高分子材料具有促进成骨的作用，但是含磷高分子和干细胞的作 用 石开究[Dadsetan M，Giuliani Mj Wanivenhaus Fj Brett Runge Mj Charlesworth JEjYaszemski MJ. Incorporation of phosphate group modulates bone cell attachment and differentiation on oligo (polyethylene glycol)fumarate hydrogel.Acta biomaterialia. 2012 ；8:1430-9 ；Gandavarapu NR，Mariner PD,Schwartz MP，Anseth KS.Extracellular matrix protein adsorption to phosphate-functionalized gels from serum promotes osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells. Acta biomaterialia. 2013;9:4525-34]还相对较少^ Anseth等研究了一种侧链含磷酸根 的水凝胶，Wang，D. A等开发了一种主链含磷脂的水凝胶证实其可促hMSC成骨分化。对于 磷酸化生物材料的研究多集中于磷酸化水凝胶，适合于制备组织工程中广泛应用的多孔支 架的磷酸化材料尚未见报道。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种可降解磷酸化材料及其制备方法和成骨 应用，该材料具有良好的成骨活性，并且其活性可以通过调节磷酸化程度来调控。
[0005] 本发明的一种可降解磷酸化材料，所述材料为磷含量0% <p%〈9. 14%的聚（癸二 酸甘油酯）磷酸酯PGS-P。
[0006] 所述磷含量为 0· 217% <p %〈3. 669%。
[0007] 本发明的一种可降解磷酸化材料的制备方法，包括：
[0008] (1)重结晶纯化后的癸二酸和甘油按摩尔比1:0. 9~I. 1混合，于130~140°C下 熔融，通N2搅拌16~32h，然后130~140°C下抽真空24~48h，降至室温得到PGS ;
[0009] (2)将PGS加入预先除水的烧瓶中，然后将POCl3加入预先除水的反应管中，分别 加入无水四氢呋喃THF完全溶解；将烧瓶置于-15~5°C下搅拌，将P0C1/THF溶液缓滴加 到烧瓶中，转移至15~25°C反应12~14h ;产物旋蒸浓缩后，用去离子水沉淀纯化，得到可 降解磷酸化材料PGS-P ;其中，PGS与POCl3的摩尔比为10:1~1:1。
[0010] 本发明的一种可降解磷酸化材料的成骨应用，所述材料用于制备成多孔组织工程 支架。
[0011] 所述制备多孔组织工程支架的具体步骤如下：
[0012] 将NaCl颗粒平铺于四氟涂层模具内，然后移入温度30~40°C、相对湿度70~ 90%的恒温恒湿箱中1~3h，随后真空干燥，得到盐模；将未经处理的PGS-P的反应液直接 分多次均匀涂覆在干燥后的盐模上，待溶剂基本挥发后，真空干燥；冷却后放入水中，换水 洗掉NaCl ;最后将支架放在聚四氟乙烯板上，冰冻，然后冷冻干燥得到多孔支架。该方法优 点：操作简单方便，节约原料，可最大限度的提高支架含磷量（见图2B)，且能避免高活性反 应产物在处理过程中因易产生交联而不能溶解后制作成支架的问题。该方法适用于其它类 似高活性物质制作支架。
[0013] 所述NaCl颗粒的粒径为20-500 μ m。
[0014] 所述盐模制备过程中的真空干燥具体为真空干燥箱中，120°C、低于-0.1 MPa下干 燥2h。
[0015] 所述PGS-P反应液涂覆过程中的真空干燥具体为真空干燥箱中，150 °C、低 于-0.1 MPa下干燥24h。
[0016] 本发明开发了一种可诱导干细胞成骨分化的骨组织工程材料，聚（癸二酸甘油 酯）磷酸酯（PGS-P)，它是基于聚（癸二酸甘油酯）（PGS)而开发的，PGS是在生物材料领域 广泛应用的可降解材料，用于骨组织工程已有报道，但是目前尚未见其磷酸化的报道。本发 明中通过适当的化学反应将磷酸根可控的接枝于PGS上，赋予材料生物活性，使其能诱导 干细胞成骨分化，开发出了一种侧链含磷酸根的可降解的具有成骨诱导性的骨组织工程支 架材料。
[0017] 有益效果
[0018] 本发明设计了一种合成简便，结构可控的可降解磷酸化材料，其磷酸化程度可有 效调控；该类材料具有良好的成骨活性，并且其活性可以通过调节磷酸化程度来调控；将 为生物医学应用比如骨再生提供新材料，而其设计思路，可以用于设计其它类似的磷酸化 材料和成骨活性材料；制备方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明中PGS-P4的核磁氢谱（A)、核磁碳谱（B)、核磁磷谱（C);
[0020] 图2为不同当量投料时支架的含磷量㈧以及材料和支架的磷含量对比⑶；
[0021] 图3为不同当量支架的DSC曲线