掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球及制备方法和应用

本发明涉及生物支架，尤其是涉及一种掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球及制备方法和应用。

背景技术：

1、牙周炎是一种全球流行的慢性炎症性疾病，会导致牙周支持组织明显受损，尤其是牙槽骨吸收，最终导致牙齿松动或脱落。这种情况严重损害了个人的口腔功能和整体生活质量。修复牙周缺损，尤其是骨质疏松症患者的牙周缺损，是一项巨大的临床挑战。

2、引导组织再生（gtr）是牙周组织再生的主要临床治疗方法，具有良好的效果。然而，引导组织再生（gtr）的适用性因其适应症有限而受到限制，无法满足临床实践的全面需求。组织工程技术领域已涉足利用负载生长因子（如骨形态发生蛋白2 （bmp-2）、血管内皮生长因子（vegf）和 转化生长因子β（tgf-β））的支架，旨在促进牙周缺损再生。然而，由于生长因子降解快、半衰期短、成本高昂等障碍，这些技术的广泛应用受到阻碍。

3、近年来，在生物材料支架中加入锌、镁、硅和锶等具有骨再生特性的金属离子已成为一种很有前景的骨组织再生策略。这种方法具有成本效益高、体内稳定性强、受不同组织微环境（包括ph值）的干扰小等优点。已有研究在各种无机骨替代材料（包括掺锶磷酸钙生物活性陶瓷、生物活性玻璃和骨水泥）中加入锶，以优化其局部促再生潜力。然而，由于无机材料在体内降解速度较慢，即使在手术后12周，在骨缺损区仍可观察到大量未降解的支架材料。支架降解率与骨再生之间的这种不协调阻碍了骨修复的最佳效果。特别是在牙周再生应用中，牙根周围未降解材料的占据会影响牙骨质-牙周韧带-牙槽骨功能性牙周组织的形成，从而损害牙齿的支撑功能。此外，在长期的咀嚼力作用下，坚硬的无机材料与牙根之间异常的相互撞击力会导致牙根吸收，进一步破坏牙齿结构和功能。一些研究将微米或纳米级的含锶生物活性微球加入易降解的水凝胶支架中，用于骨再生。虽然水凝胶支架的可注射性有利于填充不规则的牙周缺损，但水凝胶均匀的体积结构特性会阻碍细胞向缺损内部迁移，进而影响组织的再生效果。因此，探索一种合适的支架材料，能够有效负载并持续释放锶离子，用于牙周组织再生是生物材料领域亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球及制备方法和应用，以解决现有技术中存在的生物材料使牙周组织再生的效果不佳的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球的制备方法，包括如下步骤：

4、（1）制备掺锶生物活性玻璃纳米球：采用溶胶-凝胶法合成掺锶生物活性玻璃纳米球；

5、（2）制备掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球：将所制备的掺锶生物活性玻璃纳米球添加到浓度为12%（w/v）的明胶溶液中配制成质量百分比浓度为0.5%-4%的掺锶明胶溶液，进行超声波分散使掺锶生物活性玻璃纳米球与明胶溶液形成均匀混悬液，以掺锶明胶溶液作为分散相，采用矿物油作为连续相，并对分散相和连续相的流速进行精确控制，将分散相和连续相通入微流控装置中形成液滴，将形成的液滴输送至-20℃的正己烷/乙醇混合物中进行热致相分离实现溶剂交换，然后在4℃的2-（n-吗啉基）乙烷磺酸缓冲液中与1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐和n-羟基琥珀酰亚胺进行交联反应，交联反应结束后中和残留的交联剂，然后用蒸馏水洗涤、冻干并储存备用，得到掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球。

6、根据一种优选实施方式，所述的制备掺锶生物活性玻璃纳米球的步骤还包括：

7、在持续搅拌条件下，使用去离子水溶解十六烷基三甲基溴化铵，每隔30min依次加入氨水、丙烯酸乙酯、硅酸乙酯、磷酸三乙酯、硝酸钙四水合物和硝酸锶，充分混匀后将混合溶液在60℃下老化24h，将得到的凝胶转移至坩锅，放入煅烧机，以每分钟2℃的速度升温，在700℃下煅烧6h，经研磨后即可得到掺锶生物活性玻璃纳米球粉末。

8、根据一种优选实施方式，在制备掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球的步骤中：所述明胶溶液是将明胶溶解在50℃的乙醇和水混合溶剂中制备而成，

9、所述交联剂的配制方法是：将0.1g 2-（n-吗啉基）乙烷磺酸、0.023g n-羟基琥珀酰亚胺和0.038g 1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐在4℃温度下溶解于50ml含4%去离子水（v/v）的丙酮溶液中制备而成。

10、根据一种优选实施方式，在制备掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球的步骤中：所述乙醇和水混合溶剂的体积比为：50/50（v/v），所述正己烷/乙醇的体积比为：75/25（v/v），所述交联反应的时间为48h。

11、根据一种优选实施方式，在制备掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球的步骤中还包括：在交联反应结束后，将掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球在0.5 m甘氨酸溶液中孵育3小时，以中和残留的交联剂。

12、第二方面，本申请还提供了一种掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球，所述掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球是按照第一方面所述的制备方法制备而成。

13、第三方面，本申请还提供了所述的掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球在制备治疗骨质疏松症的牙周缺损的药物中的应用。

14、基于上述技术方案，本申请的一种掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球及制备方法和应用至少具有如下有益技术效果：

15、本申请的制备方法是将掺锶生物活性玻璃纳米球整合至明胶纳米纤维微球的纳米纤维结构中，通过微流控技术和热致相分离的方法合成掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球，在制备过程中将掺锶明胶溶液作为分散相，采用矿物油作为连续相，利用两种互不相容的液体间的剪切力及表面张力相互作用，使得掺锶明胶溶液被矿物油切断形成大小均一的球形液滴，之后通过热致相分离方法，利用掺锶明胶在水中易溶而在乙醇中不溶的特性，乙醇在热致相分离过程中充当非溶剂，使生成的微球具有纳米纤维和多孔结构。

16、本申请的制备方法所制备的掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球能够模拟天然骨细胞外基质的设计增强支架的机械性能，并可以有效控制锶离子（sr2+）的持续释放，从而促进牙周韧带干细胞（pdlscs）和骨间充质干细胞（bmscs）的增殖、成骨分化和天然骨细胞外基质分泌，并增强内皮细胞的血管生成。体内实验进一步表明，掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球能显著促进成骨和血管生成。该掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球支架的可调降解动力学优化了锶离子（sr2+）在体内的长期释放和促进再生作用，与牙周再生的速度相匹配，从而促进了骨质疏松条件下功能性牙周组织的再生。因此，本申请的制备方法所制备的掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球有望成为推进牙周再生策略的候选材料。

技术特征：

1.一种掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的制备掺锶生物活性玻璃纳米球的步骤还包括：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在制备掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球的步骤中：所述明胶溶液是将明胶溶解在50℃的乙醇和水混合溶剂中制备而成，

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在制备掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球的步骤中：所述乙醇和水混合溶剂的体积比为：50/50（v/v），所述正己烷/乙醇的体积比为：75/25（v/v），所述交联反应的时间为48h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在制备掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球的步骤中还包括：在交联反应结束后，将掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球在0.5 m甘氨酸溶液中孵育3小时，以中和残留的交联剂。

6.一种掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球，其特征在于，所述掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球是按照权利要求1至5任一项所述的制备方法制备而成。

7.如权利要求6所述的掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球在制备治疗骨质疏松症的牙周缺损的药物中的应用。

技术总结本发明提供了一种掺锶生物活性玻璃/明胶纳米纤维微球及制备方法和应用，涉及生物支架技术领域。本申请的制备方法将掺杂锶（Sr）的生物活性玻璃纳米球（BGNs）整合到明胶纳米纤维微球(GNMs)的纳米纤维结构中，合成了一种创新的可注射Sr‑BGNs/GNMs支架。模仿天然骨细胞外基质的设计增强了支架的机械性能，并有效控制锶离子的持续释放，从而促进了PDLSCs和BMSCs的增殖、成骨分化和ECM分泌，并增强了内皮细胞的血管生成。Sr‑BGNs/GNMs能显著促进成骨和血管生成。支架的可调降解动力学优化了Sr<supgt;2+</supgt;在体内的长期释放和促进再生作用，与牙周再生的速度相匹配，从而促进了骨质疏松条件下功能性牙周组织的再生。因此，Sr‑BGNs/GNMs有望成为推进牙周再生策略的候选材料。技术研发人员：胡芝爱,戎鑫,邹淑娟,林恒逸,陈建伟,胡海琨受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5