聚多巴胺修饰的非变性I型胶原蛋白在制备关节软骨损伤修复材料领域的应用

本发明属于生物医用材料，具体属于一种聚多巴胺修饰的非变性i型胶原蛋白在制备关节软骨损伤修复材料领域的应用。

背景技术：

1、骨关节炎（oa）是一种以关节软骨退行性变为特征的慢性关节疾病，目前临床治疗手段有限，难以实现软骨的再生修复。非变性i型胶原蛋白具有促进软骨修复的生物活性，但将其直接应用于骨关节炎的临床时，会面临两大关键瓶颈：首先，在处于不断运动且充满滑液的动态关节腔内，该材料的原位滞留时间极短；其次，其在复杂的关节微环境下面临着酶解稳定性差的问题，容易被快速降解失效。这两大缺陷严重限制了非变性i型胶原蛋白在骨关节炎治疗中的长期疗效。

2、为了克服上述界面稳定性和降解速度的缺陷，表面工程化修饰成为一种有效的解决策略。聚多巴胺（pda）因其优异的组织黏附性和生物相容性而备受关注，pda可在温和的碱性条件下通过氧化自聚合，在胶原蛋白等材料表面形成牢固的涂层。这种涂层理论上能够作为一种物理屏障，增强底层材料的机械性能和抗酶解能力。然而，pda的修饰效果与其添加比例或最终形成的涂层特性密切相关，如果修饰比例不当，不仅无法达到理想的保护效果，甚至可能破坏胶原蛋白维持其生物活性的天然三螺旋结构。

3、因此，需制备一系列具有不同pda添加比例的复合物，以系统研究pda修饰比例与生物学功能之间的关系，进而筛选出能够最大化发挥治疗效果的最佳改性配方。该最佳配方必须在增强材料酶解稳定性和关节腔滞留能力的同时，完整保留i型胶原蛋白核心的三螺旋结构及其促软骨修复的生物活性界面，从而为骨关节炎提供一种长效、安全的治疗新材料。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种聚多巴胺修饰的非变性i型胶原蛋白在制备关节软骨损伤修复材料领域的应用，通过pda修饰非变性i型胶原蛋白复合材料（pda-s），解决其在关节腔内滞留时间短、易降解的问题，同时保留其天然三螺旋结构与生物活性，提升软骨修复效果。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚多巴胺修饰的非变性i型胶原蛋白复合材料在制备关节软骨损伤修复材料中的应用，所述复合材料为多巴胺在弱碱性环境下氧化自聚合包覆非变性i型胶原蛋白形成的复合物，所述复合材料完整保留非变性i型胶原蛋白的天然三螺旋结构。

3、进一步的，所述复合材料中，非变性i型胶原蛋白与盐酸多巴胺的质量比为6:4。

4、进一步的，所述复合材料兼具抗酶解稳定性与关节腔组织黏附滞留特性，能通过调控软骨干细胞生物学行为，实现抑制软骨退变、促进软骨基质修复的功效。

5、进一步的，所述复合材料能够调控软骨干细胞炎症、衰老及肥大分化进程，能下调软骨干细胞mmp13、p21基因及col x、p16蛋白的异常表达。

6、进一步的，所述复合材料适配关节腔动态滑液环境，能抵抗胶原酶降解、延长体内驻留时间，长效维持软骨修复微环境稳定。

7、进一步的，所述复合材料能上调关节软骨ii型胶原表达、提升软骨基质沉积量，同时抑制机械敏感性通道蛋白piezo1异常高表达，降低关节软骨退变程度。

8、进一步的，所述复合材料能促进软骨干细胞迁移与增殖，加速损伤区域细胞富集，辅助完成关节软骨基质的重塑与修复。

9、进一步的，所述关节软骨损伤修复材料为关节腔注射制剂，以有效治疗剂量对骨关节炎病灶进行周期性注射给药，适配关节软骨损伤修复使用场景。

10、本发明还提供一种用于修复关节软骨损伤的聚多巴胺修饰非变性i型胶原蛋白复合材料，所述复合材料为多巴胺在弱碱性环境下氧化自聚合包覆非变性i型胶原蛋白形成的复合物，非变性i型胶原蛋白与盐酸多巴胺的质量比为6:4；所述复合材料完整保留胶原蛋白天然三螺旋结构。

11、进一步的，将所述复合材料配制为无菌生理盐水注射制剂，适配关节腔有效剂量注射使用。

12、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

13、本发明提供一种聚多巴胺修饰的非变性i型胶原蛋白在制备关节软骨损伤修复材料领域的应用，多巴胺通过弱碱性环境氧化自聚合方式均匀包覆于胶原表面，仅对材料表面进行功能改性，未改变胶原蛋白核心空间构象，完整保留了其核心生物活性界面，从结构层面保障了材料促软骨修复的基础生物功能，规避了常规改性手段易导致胶原变性、生物活性丧失的技术弊端，为后续细胞调控与软骨修复奠定了结构基础。

14、进一步的，经聚多巴胺包覆改性后，复合材料表面形成致密物理防护屏障，可有效抵御关节腔内胶原酶的降解作用。在37℃模拟人体生理酶解环境的长期孵育条件下，改性复合材料的降解速率显著放缓，相较于未改性纯胶原，长期结构稳定性大幅提升，能够在复杂关节微环境中持续维持完整结构与功能，克服了天然胶原易快速降解、作用时效短、无法实现长效修复的缺陷。

15、进一步的，人体关节腔处于持续运动、滑液不断冲刷的动态湿润环境，天然胶原极易被体液快速冲刷流失，难以发挥持续修复作用。本改性复合材料依托聚多巴胺优异的组织黏附性能，具备优良的原位滞留能力，可在动态关节腔内稳定留存，长效维持局部有效药物浓度，解决了传统修复材料原位驻留性差、起效时间短、远期治疗效果不佳的关键问题。

16、进一步的，针对骨关节炎伴随的炎症应激、细胞衰老及异常肥大分化问题，该复合材料可在常规生理环境与炎症病理微环境中，有效下调软骨干细胞分解代谢基因、细胞应激衰老基因的异常表达，同时抑制软骨细胞肥大分化蛋白、衰老蛋白的过度表达，同步促进软骨干细胞的迁移与增殖，有效改善关节局部病理微环境，阻断软骨细胞病理性退变进程。

17、进一步的，本发明从组织与分子层面双向延缓骨关节炎病理退变进程，实现结构性软骨修复。该复合材料能够有效促进关节软骨特异性ii型胶原基质的沉积，修复受损软骨基质结构，填补软骨缺损；同时可特异性抑制关节软骨病理机械敏感性通道蛋白的异常高表达，阻断异常力学信号介导的软骨分解代谢通路，显著延缓关节软骨病理性结构破坏，改善关节软骨退变状态，实现从分子调控到组织结构修复的全方位长效修复效果。

18、综上，本发明通过精准配比的聚多巴胺功能改性，在保留胶原蛋白天然生物活性结构的前提下，同步提升了材料的酶解稳定性、体内滞留能力、细胞保护抗炎性能及软骨基质修复能力，克服了现有单一胶原材料的诸多技术短板，能够长效稳定地改善关节微环境、延缓软骨退变、促进软骨再生，为骨关节炎所致关节软骨损伤提供了一种安全、高效、可长效作用的新型修复材料，具备极高的临床应用价值与产业化前景。

1.一种聚多巴胺修饰的非变性i型胶原蛋白复合材料在制备关节软骨损伤修复材料中的应用，其特征在于，所述复合材料为多巴胺在弱碱性环境下氧化自聚合包覆非变性i型胶原蛋白形成的复合物，所述复合材料完整保留非变性i型胶原蛋白的天然三螺旋结构。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述复合材料中，非变性i型胶原蛋白与盐酸多巴胺的质量比为6:4。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述复合材料兼具抗酶解稳定性与关节腔组织黏附滞留特性，能通过调控软骨干细胞生物学行为，实现抑制软骨退变、促进软骨基质修复的功效。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述复合材料能够调控软骨干细胞炎症、衰老及肥大分化进程，能下调软骨干细胞mmp13、p21基因及col x、p16蛋白的异常表达。

5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述复合材料适配关节腔动态滑液环境，能抵抗胶原酶降解、延长体内驻留时间，长效维持软骨修复微环境稳定。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述复合材料能上调关节软骨ii型胶原表达、提升软骨基质沉积量，同时抑制机械敏感性通道蛋白piezo1异常高表达，降低关节软骨退变程度。

7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述复合材料能促进软骨干细胞迁移与增殖，加速损伤区域细胞富集，辅助完成关节软骨基质的重塑与修复。

8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述关节软骨损伤修复材料为关节腔注射制剂，以有效治疗剂量对骨关节炎病灶进行周期性注射给药，适配关节软骨损伤修复使用场景。

9.一种用于修复关节软骨损伤的聚多巴胺修饰非变性i型胶原蛋白复合材料，其特征在于，所述复合材料为多巴胺在弱碱性环境下氧化自聚合包覆非变性i型胶原蛋白形成的复合物，非变性i型胶原蛋白与盐酸多巴胺的质量比为6:4；所述复合材料完整保留胶原蛋白天然三螺旋结构。

10.根据权利要求9所述的复合材料，其特征在于，将所述复合材料配制为无菌生理盐水注射制剂，适配关节腔有效剂量注射使用。