[發明專利]多孔性骨支架及其制備方法

有效

• 申請號: 201210288452.5
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號: CN102784014A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 賴毓霄;張明;陳淑奎;秦嶺
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: A61F2/02
• 分類號: A61F2/02
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術領域

本發明涉及生物醫學組織工程技術領域，特別是涉及一種多孔性骨支架及其制備方法。

背景技術

隨著社會發展，人口老齡化、創傷、骨腫瘤等導致的骨缺損特別是長段骨缺損成為了骨科臨床上的棘手問題。由于缺乏合適治療方法而致殘的人數逐年上升，為社會穩定及人民生活質量帶來嚴重影響。骨缺損治療傳統的生物治療方法包括自身骨移植、異體松質骨、應用血管移植的腓骨和髂骨以及其他骨移植方法等，存在供體不足、排異反應、供骨部位并發癥、手術耗費大周期長等缺陷。骨組織工程是將人體細胞種植到具有生物相容性的支架材料，細胞在支架上增殖、分化到一定程度后，重新植入骨缺損部位，隨著細胞的繼續增殖分化及支架材料的降解，形成新的具有與所缺損骨組織相同組織器官，骨組織工程技術克服了傳統骨缺損移植技術的缺點，是骨組織缺損治療技術研究的熱點。制備具有生物相容性、生物可降解性、具有高度連通孔結構、可控的孔尺寸及與所修復骨組織相同的幾何外形的多孔多孔性骨支架是骨組織工程的關鍵技術之一，以使細胞和養分在支架中順利傳輸，提供細胞附著、生長和增殖的空間和區域。

利用多種材料復合是目前骨組織工程支架的熱點研究方向，通過多種材料復合可以滿足骨組織工程支架所需要的安全性、降解性、力學性能的需求。除此之外，多孔性骨支架的結構設計也對骨組織工程支架的骨修復能力起到不容忽視的影響。多孔的多孔性骨支架的孔道是細胞生長的營養物質輸送管道，其孔徑的大小對骨組織生長起著至關重要的影響，孔徑過大則不利于細胞的粘附，過小則不利于細胞的生長、增殖和分化。而孔壁上的微孔，增加了孔壁的粗糙度，可促進細胞粘附。細胞粘附是組織生長的基礎，多孔性骨支架必須首先能夠有效的固定細胞，進而使其分化和增殖。同時，連通的微孔也可起到養分傳輸及代謝的作用。因此，若制備出的多孔性骨支架存在貫通的、孔徑適宜的大孔道，在保持良好孔隙率的同時，孔壁上又能分布著孔徑和孔深度適宜的大量微孔，能夠為骨組織細胞的生長提供一個最為有利的環境，形成新的具有與缺損骨組織相同組織器官而實現缺損骨組織的修復。

然而，目前骨工程支架的加工方法目前主要有粒子析出法、高壓氣體發泡法、靜電紡絲技術、致孔劑法等。上述方法皆存在著不同的缺陷及限制條件。如粒子析出法存在著孔洞連通通道不規則、過小、不可控等缺點，不利于細胞遷移；致孔劑法存在著致孔劑殘留形成細胞毒性；高壓氣體發泡法制備的支架孔洞過小或孔洞不連通不利于細胞粘附及生長；靜電紡絲技術制備的支架力學性能較低等，上述方法的可控性較低，使得制備得到的多孔性骨支架難以滿足對孔徑大小、孔隙率、孔壁比表面積的要求。

發明內容

基于此，有必要提供一種能夠為骨組織細胞提供有利的生長環境的多孔性骨支架及其制備方法。

一種多孔性骨支架，所述多孔性骨支架由生物活性添加物、可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物形成，所述多孔性骨支架的形狀為長方體、圓柱體、正方體或橫截面為菱形的柱體，所述多孔性骨支架上形成多個孔洞，孔洞的連通率大于97%，所述孔洞的孔壁上形成有多個微孔，所述孔洞的孔徑為100~800微米，所述微孔的孔徑為5~100微米、孔深1~50微米，所述多孔性骨支架的孔隙率為60~95%。

在其中一個實施例中，所述孔隙率為80~90%，所述孔洞的孔徑為300~500微米，所述微孔的孔徑為5~20微米、孔深20~30微米。

一種多孔性骨支架的制備方法，包括如下步驟：

將生物活性添加物溶解于第一溶劑中，得到第一溶液；

將可降解金屬、可降解無機物和可降解聚合物溶解于第二溶劑中，得到第二溶液；

混合所述第一溶液和第二溶液，得到混合液；

用模塊化結構軟件Mimics中的MEDCAD模塊統計分析缺損骨骼斷面圖像，并測量所述缺損骨骼的尺寸，根據所述分析和測量結果創建CAD模型，導出含有所述CAD模型的數據；

用分層軟件對所述含有CAD模型的數據進行分層處理得到分層后的數據，分層厚度為0.05~0.2毫米，噴頭角度為0~179°變換；

將所述混合液加入低溫快速成型儀中，并將所述分層后的數據導入低溫快速成型儀中，根據所述分層后的數據在-40~-10℃溫度下進行三維打印形成長方體、圓柱體、正方體或橫截面為菱形的柱體多孔性骨支架雛形，所述三維打印的噴絲間距為0.5~2毫米，噴頭速度為4~30毫米/秒，液體流出速度為0.1~1毫升/分，所述多孔性骨支架雛形上形成有多個孔徑為100~800微米的孔洞，孔洞的連通率大于97%；