[發(fā)明專利]一種骨組織工程仿生支架材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010186144.2
• 申請(qǐng)日: 2010-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN101829363A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢軍民;張偉;康亞紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): A61L27/42
• 分類號(hào): A61L27/42
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是骨組織缺損再生修復(fù)的組織工程技術(shù)領(lǐng)域；具體來說是骨組織工程仿生支架材料的制備方法。

背景技術(shù)

由外傷或疾病造成的骨缺損在臨床上十分常見，不僅嚴(yán)重影響患者的生活品質(zhì)，而且給他們帶來了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。然而，由于骨自身修復(fù)能力有限，對(duì)其修復(fù)一直是外科臨床上的一個(gè)難題，至今尚無特效的治療方法。目前，臨床上多采用自體/異體骨移植、骨膜移植、骨細(xì)胞移植、微骨折等修復(fù)方法。但它們存在供體來源有限、修復(fù)面積小、免疫排斥、移植細(xì)胞流失或耐受應(yīng)力差等不足之處，修復(fù)效果不佳。而近年來發(fā)展起來的組織工程學(xué)，為骨缺損的修復(fù)再生提供了全新思路。

骨組織工程的一個(gè)顯著特征是它應(yīng)用了支架技術(shù)。因此，仿生多孔支架材料的制備就成為了骨組織工程技術(shù)的三個(gè)關(guān)鍵因素(支架材料、種子細(xì)胞和信號(hào)因子)之一。多孔支架材料在工程化骨組織過程中具有舉足輕重的地位，它不僅為細(xì)胞增殖、組織生長提供空間，并直接決定細(xì)胞的行為和功能，如細(xì)胞在管狀孔中沿孔分布，而在球形孔中，則聚集成球形，而且支架材料孔結(jié)構(gòu)對(duì)支架內(nèi)部的傳質(zhì)過程(營養(yǎng)物質(zhì)的傳送、氣體交換和代謝產(chǎn)物排出)具有決定性的影響，直接影響新生骨組織的生長。理想的骨組織工程支架材料應(yīng)具有類似自然骨的三維連通的多孔結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的生物相容性、骨傳導(dǎo)性甚至是骨誘導(dǎo)性，與新骨組織生長相匹配的降解速度和力學(xué)性能，甚至具有粘附、刺激和引導(dǎo)細(xì)胞和新生組織生物學(xué)功能的特性。多孔支架材料的性質(zhì)取決于制備方法，目前應(yīng)用最為廣泛的支架制備方法主要有纖維粘接法、靜電紡絲法、溶液澆鑄或模壓/粒子瀝濾法、冷凍-干燥法、發(fā)泡法、凝膠注模法、熱致相分離等，在骨組織工程支架制備中發(fā)揮了重要作用，然而它們存在不能很好地控制支架三維孔結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)力學(xué)性能的共同缺點(diǎn)(Hench?L，etal.Science，2002，295：1014～1017)。近幾年，又發(fā)展了快速成型技術(shù)和微細(xì)加工技術(shù)，在控制內(nèi)外部孔結(jié)構(gòu)和孔隙率方面取得較大進(jìn)步，然而它們制得的支架孔隙率通常小于80％，力學(xué)性能也有待提高。

利用組織工程在體外構(gòu)建骨組織時(shí)的常見問題是，支架外緣組織發(fā)育良好而中心部位不完善甚至壞死。目前公認(rèn)的原因是，支架內(nèi)外物質(zhì)交換受限造成的，即孔結(jié)構(gòu)不利于種子細(xì)胞向支架中心滲透，造成接種時(shí)細(xì)胞分布不均勻，也不利于氧、營養(yǎng)物質(zhì)傳輸至支架中心及細(xì)胞代謝產(chǎn)物排出，造成支架內(nèi)部的細(xì)胞因營養(yǎng)物質(zhì)和氧供給不足而向營養(yǎng)物質(zhì)和氧濃度較高的表面遷移，最終導(dǎo)致中心部位細(xì)胞數(shù)少和死亡。解決該問題的根本途徑是獲得類似天然骨結(jié)構(gòu)的仿生支架。

一些研究表明，高連通性、高孔隙率的蜂窩狀孔結(jié)構(gòu)不僅具有高的強(qiáng)度，而且可促進(jìn)支架內(nèi)外營養(yǎng)成分和代謝產(chǎn)物的快速交換，實(shí)現(xiàn)種子細(xì)胞在整個(gè)支架中的均勻分布和高密度培養(yǎng)(Masuoka?K，et?al.J?Biomed?Mater?Res，2005，75B：177～184和Hollister?SJ.Nat?Mater，2005，(4)：518～524)，在骨組織工程仿生支架制備中受到越來越多的關(guān)注。目前，已開發(fā)出幾種構(gòu)建蜂窩狀孔結(jié)構(gòu)多孔支架的技術(shù)，主要有：(1)在冷凍-干燥工藝中，通過產(chǎn)生溫度梯度控制冰晶生長來實(shí)現(xiàn)；(2)間接快速成型法，即先制備柱形樹脂‘負(fù)模’，然后用‘反向’法實(shí)現(xiàn)；(3)軟刻蝕法，即在基質(zhì)Si上加工成縱向孔隙的微圖形，用作模子，制成相應(yīng)圖形的聚合物膜，經(jīng)疊層獲得管狀孔；(4)平行排列鋼絲或棉纖維模板法；(5)利用藻酸鹽二價(jià)金屬離子交聯(lián)時(shí)產(chǎn)生規(guī)則管狀孔的特性。其中，方法(1)應(yīng)用最多，可獲得呈單一取向、孔徑大小均勻的蜂窩狀支架，但管狀孔連通性不夠理想，而且僅適用于聚合物材料；其他方法分別由于尺寸精度低、可選材質(zhì)種類受限、模板纖維布置困難和孔結(jié)構(gòu)重現(xiàn)性差等問題，使應(yīng)用受到很大限制。

近些年，利用天然生物組織制備仿生支架材料受到了很大重視。如國內(nèi)專利ZL?200510057220.9通過溶劑和酶去除自然骨組織中有機(jī)的抗原性成分和細(xì)胞成分，可得到保留骨基質(zhì)天然孔結(jié)構(gòu)的無機(jī)多孔支架。但這種方法仍存在免疫原性和傳染病風(fēng)險(xiǎn)，且力學(xué)性能通常較差。再如，以海星、海膽和烏賊等的微管狀孔結(jié)構(gòu)骨骼為模板也可以制備生物陶瓷基骨仿生支架(Rocha?JHG，et?al.Bone，2005，37：850～857)，該類支架雖然具有各向貫通的多孔結(jié)構(gòu)，但其孔徑僅有幾十微米，實(shí)際應(yīng)用受到很大限制。