一种 SIS 软组织修复补片及其制备方法 技术领域 本发明涉及一种软组织修复补片及其制备方法, 具体的说, 涉及一种 SIS(small intestinal submucosa, 小肠黏膜下层材料 ) 组织修复材料的制备及其制备方法以及其用 途。
背景技术 组织创伤或缺损是临床上常见的病症, 如体内手术引起的创伤、 器官组织部分缺 损, 疝气、 体表皮肤损伤等, 其严重影响病人的生活质量, 是医学上必须面对和亟待解决的 难题。
目前市场上用于组织修复的材料主要有两类 : 一类是聚丙稀、 聚酯、 聚四氟乙烯等 高分子合成材料, 但因其都是细菌良好的粘附载体, 细菌粘附于其上后即可产生使其免受 宿主免疫防御机制和抗生素作用的生物被膜, 从而得以在局部长期成活并可导致伤口的慢 性感染 ; 另一类是生物组织衍生材料, 由人的异体或哺乳类动物的膜状或片状组织经理化 处理而成的具有三维空间框架结构的细胞外基质构成, 其组织相容性、 稳定性上均经受住 了考验, 但临床效果不理想。 原因是其自然成型为平片, 且表面孔隙率低, 不利于细胞贴附、 增殖, 从而延长组织修复时间或引起伤口慢性感染。 因而, 需要一种便于应用的全新的软组 织修复补片来满足临床的需求。
人的异体或哺乳动物的膜状或片状组织经特殊方法处理而成的具有三维空间框 架结构的细胞外基质是天然生物衍生医药材料, 应用领域及市场前景广泛, 如外科创伤手 术、 泌尿系统缺损组织修复、 整形美容等。哺乳动物小肠主要由 4 层组成, 由里到外分别为 黏膜层、 黏膜下层、 肌层、 浆膜层。 小肠黏膜下层由一层致密的结缔组织构成, 其结构包含呈 网状排列的胶原纤维 ( 主要是 I 型、 III 型, 还有少量 VI 型和 V 型 )、 均由 α1、 α2、 α3 肽链 组成。其中 α1 肽链可与细胞表面的特异受体结合, 激活信号传导通路, 促进细胞的粘附、 增殖和分化。大量的羟基基团也能促进细胞粘附, 胶原蛋白参与细胞分化, 控制细胞粘附, 调节细胞生长, 有助于维持细胞基质的网状结构。 同时小肠黏膜下层还含有大量蛋白聚糖、 糖蛋白和多种生长因子等 ; 即使经物理化学方法处理后仍然有活性。 没有血管又不含细胞, 作为异体移植物植入体内不会引起明显的免疫排斥反应, 已在实验研究中成功地应用于修 复血管、 膀胱、 骨、 软骨、 肌腱、 半月板软骨组织, 呈现出良好的临床应用前景。
经大量研究证明, SIS 具有良好的生物相容性, 对多种细胞具有促进粘附、 增殖、 分 化的作用。作为体内组织工程材料, SIS 能够提供暂时的机械支持力, 在承受体内周围组织 压力的同时, 为本体组织提供足够的生长空间长入再生, 8 ~ 12 周 SIS 完全降解。 此外, SIS 具有部位特异性的组织再生的能力, 能迅速诱导细胞浸润, 刺激血管生成和宿主细胞的长 入和分化, 产生的再生组织在结构和功能上均与原组织相似。因此, 无论是实验还是临床, SIS 都具有良好的组织修复性能。
组织工程修复与支架材料应该具备如下条件 : 1. 有良好的生物相容性和无抗原 性, 不会与受体发生免疫排斥反应 ; 2. 可降解性和降解速率可控性 ; 3. 维持生长在其上
的细胞形态和表型, 并增进细胞的粘附和生长, 诱导组织再生最终形成完整的生物组织 ; 4. 有一定的空隙率便于组织间的营养和物质空气的交换 ; 5. 有一定的机械强度能够对组 织起到支持作用。
SIS 作为一种天然细胞外基质生物材料, 几乎拥有上述所有特性。 目前关于 SIS 的 制备工艺过程简单, 大多局限在单独脱细胞上, 总体来说都会存在脱脂脱蛋白或者消毒不 充分的问题, 从而导致材料存在一定的免疫原性和抗原性, 同时其单层产品机械强度低、 且 产品形状结构单一, 不利于软组织的修复。 发明内容
本发明的目的之一是制备一种 SIS(small intestinal submucosa, 小肠黏膜下层 材料 ) 软组织修复补片。
为了实现本发明目的, 本发明采用物理化学和生物学等处理方法, 对诸如人的异 体或哺乳类动物的膜状或片状组织进行消毒、 脱细胞、 交联等一系列处理, 再经模具压制成 型。
本发明的 SIS 软组织修复补片是采用人的异体或哺乳类动物的膜状或片状组织, 经处理加工而成的天然细胞外基质类生物衍生材料。
SIS 软组织修复补片的材料来源为人、 猪、 羊、 狗、 牛等哺乳动物或其它动物的膜状 或片状组织, 诸如原材料可以采用猪小肠或羊小肠。主要是通过机械法去除膜状或片状组 织中的脂肪、 浆膜层、 肌层和黏膜层。获得黏膜下层。
所述对 SIS 的处理方法是机械法、 物理化学法和生物学等处理方法间的组合。 本发明的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其包括如下步骤 : 将小肠黏膜下层材 料以任意顺序进行清洗、 消毒处理、 脱脂处理、 脱细胞处理、 交联处理、 制孔处理, 最后经冷 冻干燥而成。
其中, 所述的消毒处理为在常温下采用消毒液对小肠黏膜下层进行浸泡处理。 SIS 与消毒液的质量体积比为 1 ∶ 1-10(g/ml)。
具体的消毒方式为 : 用 0.05-2%的过氧乙酸和 1-10%的乙醇的混合水溶液浸泡 10-60 分钟, 或者 0.01-0.05M 的乙二胺四乙酸二钠溶液浸泡 1-6 小时, 或者 0.01-1%氢氧 化钠溶液浸泡 4-12 小时, 5-20%的硫酸新霉素溶液浸泡 15-60 分钟进行联合消毒处理。
消毒处理完后用纯化水彻底超声清洗, 根据需要清洗时可换纯化水进行多次清 洗, 一般清洗 1-5 次。
所述脱脂处理为采用有机溶剂常温下对 SIS 经 1-5 次浸泡处理, 每次浸泡 6-12 小 时。SIS 与有机溶剂的质量体积比为 1 ∶ 1-10(g/ml)。
所述有机溶剂为无水乙醇、 甲醇、 氯仿、 二氯甲烷、 三氯甲烷中一种或多种混合的 溶液。优选混合比例为 1 ∶ 8-1 ∶ 6。每次要换新鲜溶液, 为保证充分脱脂, 处理过程可通 过超声作用的辅助处理 ; 处理完后用纯化水 1-5 次超声清洗。
所述脱细胞处理是常温下用具有脱细胞作用的溶液浸泡处理, SIS 与脱细胞溶液 的体积比为 1 ∶ 1-10(g/ml)。 所述脱细胞溶液为高渗盐水 (5-10%的氯化钠溶液浸泡 12-48 小时 )、 酶溶液 ( 如 0.05-0.5% (g/ml) 的胰蛋白酶溶液和 / 或 30-50U/ml DNA 酶溶液浸泡 12-36 小时 )、 酸溶液 ( 如 0.5-1M 盐酸溶液浸泡 1-4 小时 )、 碱溶液 ( 如 0.01-1%氢氧化钠
溶液浸泡 2-8 小时 )、 盐溶液 ( 如 0.01-0.05M 的乙二胺四乙酸二钠溶液浸泡 1-6 小时 ) 中 的一种或两种以上混合溶液进行浸泡处理。上述的脱细胞处理可以达到很好的生物相容 性。
脱细胞处理完后用纯化水彻底超声清洗, 根据需要清洗时可换纯化水进行多次清 洗, 一般清洗 1-4 次。
所述交联处理是常温下采用交联剂戊二醛 (0.2-0.8 %、 pH = 7.2-7.4)、 京尼平 (0.5-1.5%、 pH = 7.2-7.4) 等一种或多种混合溶液进行浸泡处理 12-48 小时。
所述制孔处理是常温下采用 1-3M 的氯化钠溶液浸泡 12-24 小时, 然后经冷冻干燥 使样品脱水, 再将干燥后的样品浸泡在纯水中 12-48 小时, 最后在特制模具压制下经冷冻 干燥成型。 由此获得较大表面孔隙率的产品 ( 参见图 2), 而提高孔隙率, 可有利于周围正常 组织细胞的贴附、 迁移、 增殖与分化, 从而利于创伤愈合。
所述产品经特制模具压制成型处理是将样品表面空隙疏松一面即浆膜面朝向外 侧, 相对空隙致密的一面朝向内侧, 再将浆膜面与粘膜面多层交替叠加, 置于特殊结构的模 具中, 联合冷冻干燥机条件的调节, 将产品压制成孔状、 横纵交错的网格状、 成簇集成的圆 锥形式、 编带形式等满足组织修复要求的特殊形状 ( 如图 3 和 4)。 本发明的小肠黏膜下层 (SIS) 在处理前, 可以先对小肠黏膜下层进行表面灭菌与 消毒处理, 比如用新洁尔灭和碘酒进行浸泡处理。
在本发明的消毒、 脱脂、 脱细胞和交联处理过程中, 还可适当加入磷酸盐、 氯化钠、 碳酸钠等缓冲溶液来调节工艺处理中的溶液体系平衡。
在本发明中, 采用冷冻保护液 Hanks 平衡盐溶液 ( 按重量比加 0.1-10%葡萄糖、 0.1-5%蔗糖、 0.1-5%海藻糖、 0.1-0.5%人血清白蛋白 ) 浸泡 25min, 对样品进行冷冻干燥 前的保护处理。
所述的冷冻干燥过程采取 -80℃速冻的方式, 并将样品预冻 1-6 小时, 同时调节真 空条件, 使样品迅速平稳升华, 保证产品表面的光滑平整性。
本发明所述的 SIS 软组织修复补片可以进一步加工成单层厚度为 10-200um 的薄 膜状材料, 小肠黏膜下层浆膜面一侧相对黏膜一面较粗糙, 组织间空隙较大, 其利于细胞贴 附生长, 故在产品多层叠加成型时充分考虑此优势, 即浆膜层与粘膜层交替的方式叠加, 同 时保证浆膜层面向外侧, 根据产品不同用途可以分为单层、 双层、 四层、 六层、 八层等。复合 层通过交联剂和 / 或物理加压而成。
本发明涉及
1. 一种 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于, 包括将动物的膜状或片状 组织经脱细胞处理制成具有三维空间框架结构的细胞外基质。
2. 根据项 1 所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其包括如下步骤 : 将膜状或 片状组织进行清洗、 消毒处理、 脱脂处理、 脱细胞处理、 交联处理、 制孔处理, 和冷冻干燥。
3. 根据项 1 或 2 所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其中所述动物膜状或片 状组织为人的异体或哺乳类动物的膜状或片状组织, 例如猪小肠或羊小肠。
4. 根据项 1-3 中任一项所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其中所述膜状或 片状组织为小肠黏膜下层材料。
5. 根据项 4 所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于, 所述的消毒处理
为在常温下采用消毒液对小肠黏膜下层进行浸泡处理。
6. 根据项 5 所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于, 所述消毒液的 处理方式为 : 用 0.05-2%的过氧乙酸和 1-10%的乙醇的混合水溶液浸泡 10-60 分钟, 或者 0.01-1%氢氧化钠溶液浸泡 4-12 小时, 5-20%的硫酸新霉素溶液浸泡 15-60 分钟。
7. 根据项 2-6 中任一项所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于, 所述 脱脂处理为采用有机溶剂常温下对 SIS 经 1-5 次浸泡处理, 每次浸泡 6-12 小时。
8. 根据项 7 所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于, 所述有机溶剂为 选自无水乙醇、 甲醇、 氯仿、 二氯甲烷、 和三氯甲烷中的一种或多种混合的溶液, 优选 SIS 与 有机溶剂的质量体积比为 1 ∶ 1-10(g/ml), 还优选混合比例为 1 ∶ 8-1 ∶ 6。
9. 根据项 1-8 中任一项所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于, 所述 脱细胞处理是常温下用选自高渗盐水、 酶溶液、 酸溶液、 碱溶液或盐溶液中的一种或两种以 上混合溶液进行浸泡处理。
10. 根据项 9 所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于, 所述高渗盐水 溶液处理为 10%氯化钠溶液浸泡 12-48 小时 ; 所述酶溶液处理为 0.05-0.5%的胰蛋白酶溶 液浸泡 12-36 小时 ; 所述酸溶液处理为 0.5-1M 盐酸溶液浸泡 1-4 小时 ; 所述碱溶液处理为 0.01-1%氢氧化钠溶液浸泡 2-8 小时 ; 所述盐溶液处理为 0.01-0.05M 的乙二胺四乙酸二钠 溶液浸泡 1-6 小时。
11. 根据项 2-10 中任一项所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于, 所 述交联处理是常温下采用交联剂戊二醛、 京尼平等一种或多种混合溶液进行浸泡处理。
12. 根据项 2-11 中任一项所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于, 所 述交联处理是常温下采用 0.2-0.8%的戊二醛 (pH = 7.2-7.4)、 0.5-1.5%的京尼平 (pH = 7.2-7.4) 溶液浸泡处理 12-48 小时。
13. 根据项 2-12 中任一项所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于, 所 述的交联处理是将单层产品采用浆膜层与粘膜层交替的方式叠加, 在产品多层叠加成型时 保证浆膜层面向外侧。
14. 根据项 2-13 中任一项所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于根 据产品的不同用途将其制为单层或多层诸如双层、 四层、 六层、 八层。
15. 根据项 2-14 中任一项所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 其特征在于, 所述制孔处理是常温下采用 1-3M 的氯化钠溶液浸泡 12-24 小时, 然后经冷冻干燥使样品脱 水, 再将干燥后的样品浸泡在纯水中 12-48 小时, 最后在特制模具压制下经冷冻干燥成型。
16. 根据项 2-15 中任一项所述的 SIS 软组织修复补片的制备方法, 所述产品经特 制模具压制成型处理是将样品置于特殊结构的模具中, 联合冷冻干燥机条件的调节, 将产 品压制成满足组织修复要求的特殊形状, 诸如孔状、 横纵交错的网格状、 成簇集成的圆锥形 式、 编带形式。
17. 根据项 1-16 中任一项的方法制备的软组织修复补片。
18. 项 17 所述的软组织修复补片, 其特征在于经过特殊制孔剂处理后, 产品表面 形成丰富的网孔结构。
19. 项 17 或 18 中所述的软组织修复补片在组织修复中的用途, 诸如, 组织创伤或 缺损, 例如损伤或薄弱软组织的修复、 加强, 如疝气修复、 泌尿系统组织缺损修复 ; 修复机体体表体内软组织缺损、 作为组织充填材料、 充当组织加强物替代筋膜、 修复膜性缺损等。
本发明所述的 SIS 软组织修复补片, 具有三维空间框架结构的细胞外基质, 用于 组织的修复。本发明制备的 SIS 软组织修复补片, 其含有丰富的成纤维细胞和多种细胞生 长因子及细胞外基质成分, 如胶原蛋白、 弹性蛋白、 葡萄糖胺聚糖、 蛋白聚糖等。 可直接用于 修复软组织器官缺损, 具有三维网状多孔结构, 本发明产品有较大表面孔隙率。 本发明所述 的 SIS 软组织修复补片是去除了细胞和天然抗原成分的异种细胞外基质, 具有较高生物活 性和生物相容性, 无免疫原性和细胞毒性。
本发明所述的 SIS 软组织修复补片, 经特制模具压制成型后其表面具有多种形 状, 适合于机体不同形状的创伤部位及组织缺损区, 同时满足不同组织修复的强度要求, 相 对粗糙的产品表面也有利于周围正常组织细胞的粘附、 增殖及分化, 增强软组织修复效果。
本发明所述的 SIS 软组织修复补片的制备, 其工艺过程严格完整, 具有较强的系 统性和完整性, 能够在保证产品性能的同时, 达到有效去除产品免疫原性, 减少组织修复 时产生的排斥和过敏反应, 降低病人痛苦和手术风险, 提高安全性, 而且不需要与其它膜结 合, 本发明方法制备的 SIS 软组织修复补片本身就可以避免免疫排斥反应, 再者交联剂的 残留量亦可以达到允许的范围之内, 在增强产品机械强度的同时提高了安全性。
SIS 软组织修复补片在临床上可用于损伤或薄弱软组织的修复、 加强, 如疝气修 复、 泌尿系统组织缺损修复 ; 修复机体体表体内软组织缺损、 作为组织充填材料、 充当组织 加强物替代筋膜、 修复膜性缺损等。附图说明
图 1 SIS 软组织修复补片的形态变化和外周组织生长情况。A : SIS 植入 4 天, 外 周组织与 SIS 补片组织结构较清晰, 细胞数增多, 有炎性细胞 ; B: SIS 植入 12 天, 外周组织 与 SIS 补片组织结构不可分, 细胞数较多, 少见炎性细胞。
图 2 本发明的 SIS 补片 (A) 和市场上 COOK 公司的产品 (B) 的同等条件下的扫描 电镜图片表面空隙结构的比较。
图 3 SIS 软组织修复补片。
图 4 SIS 软组织修复补片制备成型采用的模具图片。 具体实施方式
以下实施例用于说明本发明, 但不用来限制本发明范围。
实施例 1
取屠宰 6 小时内的新鲜猪小肠, 将猪空肠 ( 十二指肠和回肠之间 ) 用蒸馏水冲洗 干净, 切成 20cm 片段, 浸泡在 0.5%的新洁尔灭溶液中 30min, 再用纯水漂洗后沿纵向剖开, 机械刮除小肠粘膜、 肌层和浆膜层, 置于含 0.2%的过氧乙酸和 5%的乙醇的混合水溶液中 浸泡消毒 60 分钟, 用生理盐水漂洗, 获得小肠黏膜下层 ; 再置于乙二胺四乙酸二钠 (0.05M) 溶液中 2 小时和氢氧化钠 (1% ) 的溶液 (ph 值为 11-12) 中浸泡 8 小时, 温度为 4℃ ±2℃, 对小肠黏膜下层进行初步消毒与脱细胞处理 ; 再将其浸泡在含盐酸 (1mol/L) 溶液中 4h, 置 于磷酸缓冲液 (PBS) 中漂洗至中性 ; 再采用无水乙醇对其进行脱脂处理 12 小时, 样品与溶 剂的体积比为 1 ∶ 4(g/ml) ; 清水漂洗后再将其置于 10%氯化钠溶液中常温浸泡 24 小时,之后用含 0.25%的乙二胺四乙酸的 0.5%的胰蛋白酶 ( 含 DNA 酶 ) 溶液 37℃浸泡 24 小时 进行脱细胞处理, 再将其置于 3mol/L 的氯化钠溶液中持续搅拌 24 小时, 之后采取浆膜面 朝向外侧, 粘膜面朝向内层的方法, 各层交替叠加, 平铺在具有网格状的 316L 不锈钢板上, 进行冷冻干燥, 再采用 0.625%交联剂戊二醛 (pH = 7.4) 常温对小肠黏膜下层进行交联处 理, 时间为 24 小时, 使样品各层之间发生交联作用, 增强其机械强度, 再采用冷冻保护液浸 泡样品 6 小时, 之后进行最后成型的冷冻干燥 (-80℃预冻 4 小时, -55℃冻干 48 小时 )。
实施例 2
采用 3 %的戊巴比妥钠麻醉剂腹腔注射麻醉小鼠, 再进行相关皮下植入试验, 方 法: 先将小鼠背部毛清理干净, 再采用打孔器分别将本发明产品 ( 实施例 1) 植入小鼠脊背 两侧皮下, 再进行缝合皮肤, 并进行消毒。术后动物禁食 12h, 分笼饲养, 连续三天肌注青霉 素。观察小鼠一般状态和切口部位的表现。同时在 4、 12、 21 天处死小鼠, 观察 SIS 软组织 修复补片的形态变化和外周组织生长情况。
结果 : 术后小鼠生长情况良好, 4 天手术伤口基本愈合, 病理切片结果显示, SIS 软 组织修复补片有较好的生物相容性, 同时诱导周围正常组织细胞贴附、 生长、 增殖。表现出 较好的组织修复效果 ( 参见附图 1)。 本发明制备的 SIS 软组织修复补片经脱细胞处理、 多层交联处理、 冷冻干燥后可 保存 12 个月, 便于临床使用, 其含有丰富的成纤维细胞和多种细胞生长因子及细胞外基质 成分, 如胶原蛋白、 弹性蛋白、 葡萄糖胺聚糖、 蛋白聚糖等。可直接用于修复软组织器官缺 损, 同时本实例制备的 SIS 软组织修复补片具有一定的力学强度和丰富的三维网状多孔结 构, 能促进周围正常组织细胞向创伤部位迁移、 充填、 增殖及分化。 能有效促进创伤愈合, 抑 制瘢痕形成和创面重塑, 本发明产品有较大表面孔隙率 ( 图 2)。本发明所述的 SIS 软组织 修复补片是去除了细胞和天然抗原成分的异种细胞外基质, 具有较高生物活性和生物相容 性, 无免疫原性和细胞毒性。SIS 软组织修复补片在临床上可用于损伤或薄弱软组织的修 复、 加强, 如疝气修复、 泌尿系统组织缺损修复 ; 修复机体体表体内软组织缺损、 作为组织充 填材料、 充当组织加强物替代筋膜、 修复膜性缺损等。
可以理解的是, 上面的描述仅是本发明的示例, 因而本发明权利要求所保护的范 围并不仅仅以此处公开的特定实施方案来限定。 任何等同的实施方案将被认为在本发明的 范围之内。 事实上, 根据前面的描述, 对本发明进行有关的修改和变化对于本领域技术人员 来讲都将是可能的, 因而, 这种修改和变化也将落在本发明所附的权利要求的范围之内。