[發明專利]多孔生物材料

有效

• 申請號: 201210468909.0
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102921047A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 楊軍
• 申請（專利權）人: 上海欣吉特生物科技有限公司
• 主分類號: A61L27/56
• 分類號: A61L27/56;A61L27/24
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種使用膠原制備而成的生物材料，特別涉及一種使用動物組織中的膠原制備而成的生物材料。

背景技術

膠原是構成動物機體的重要功能物質，廣泛存在于動物骨、軟骨、肌腱、皮膚以及其他結締組織中，約占哺乳動物總蛋白的三分之一，是動物體中最豐富的蛋白資源。目前已確認的膠原有28種，包括從I型到X?X?Ⅷ型，其中I型膠原在動物體內含量最多并且其免疫原性比其他型膠原要低得多，因而被運用的也最為廣泛。不同型的膠原由于分子中多肽鏈的初級結構不同，其生理特性也有差別。膠原基本結構為由三條肽鏈組成的三股螺旋繩狀結構，肽鏈則由一系列氨基酸排列組成，其中氨基酸的排布序列影響膠原的生物性能。膠原纖維在自然組織中與相鄰的蛋白、糖類或脂類形成三維結構以提供適合細胞生長的內環境，共同形成具有功能的組織。

近年來隨著人們健康意識的提高和組織工程材料研究的迅猛發展，尋求到具有良好生物相容性和力學性能的醫用修復材料已成為業內的迫切需求。大量研究表明膠原是一種具備諸多優點的天然聚合材料，具有其他合成材料無法比擬的生物相容性及特殊的力學性能。同種膠原(來源于人的膠原)在植入人體后無抗原性，可被人體組織接納，與周圍組織迅速整合為一體。然而，同種膠原來源非常有限，因此人們開始對異種膠原(豬或牛等其他動物來源的膠原)進行研究開發，發現異種膠原本身安全無毒，且來源廣泛，還具有價格低廉及易加工成型等優點，也已獲得大量臨床應用的成功案例。異種膠原雖然抗原性較低但并非完全無抗原性，植入人體后在被吸收的過程中導致的炎性反應程度決定了它的轉歸(緩慢降解)和宿主的愈合時間。低度的炎性反應能促進血小板凝結，刺激、促進細胞生長及植入物的轉歸。天然膠原力學強度往往在植入體內后發生改變，在一些部位的轉歸速度通常也比受損部位愈合速度快，在新生組織能完全修復前，植入物完全降解會導致新生組織的再度受創，降低了治療效果，達不到預期目標，理想的情況是轉歸速度與受損組織的愈合速度同步。因此，對膠原進行適當的交聯，通過控制交聯過程來控制交聯程度，既可以進一步降低異種膠原的抗原性，同時也提高了其抗酶解特性和力學強度，從而使植入的膠原制品具有不同的植入壽命。此外，對膠原處理后制成的膠原制品的表面和內部結構的改變也會進一步影響與多種宿主細胞及組織的相互作用。目前膠原已被大量應用于制備膠原基醫用材料及組織工程支架材料，如生物型心臟瓣膜、止血海綿、人工皮膚/敷料，手術縫合線，外科補片等。隨著生物材料技術水平的不斷提高，天然膠原將會得到更好地運用和開發，成為新一代的理想生物材料。

正因為許多研究和實踐表明膠原是制備組織工程支架的理想材料，因此將膠原制成支架材料的技術工藝成為了組織工程領域的熱門研究課題。通常的思路是先除去其中的非膠原成分和抗原物質進一步降低其免疫原性，再通過物理或化學方法提高其力學性能和化學穩定性，最后進行干燥。目前報道較多的制備工藝是將天然膠原材料制成膠原溶液后直接涂敷或注入模具，并在空氣中自然干燥成膜或用烘箱加熱烘干，這種工藝的優點是制備周期短，但制得的支架材料中一般沒有孔隙存在，細胞很難向其內部生長；或者是將膠原溶液進行冷凍干燥，工藝較簡單且可獲得很高的孔隙率，通常采用此種工藝制備多孔支架的較多，但此種工藝耗時較長，能耗較大，且制成的材料力學性能不佳。

組織工程支架材料的特點之一是需要合適的孔徑和相連的孔形態結構。材料表面結構和物理結構影響種子細胞粘附、生長和分化。其中孔徑尺寸和互聯互通是結構設計的關鍵因素。合適的孔徑和相連的孔形態誘導并決定細胞的生長于分化，如直徑在15-50μm的孔徑誘導肌肉纖維細胞的生長，直徑在20-80μm的孔徑誘導上皮及內皮細胞的附著和爬行生長，直徑在50-150μm的孔徑誘導類骨質的生長，其中90-120μm孔徑誘導軟骨成長，直徑在150-500μm的孔徑誘導礦化骨形成。凍干過程中的預凍溫度，溶液濃度，滲透壓等極大地影響了制得的支架材料的孔徑大小、孔隙率及三維網狀結構。其中，支架孔徑大小與冷凍時的預凍溫度有密切關系，在一定范圍內，溫度降低越快，凝固時冰晶形核數越多，凝固時間越短，因此形成的冰晶顆粒越小，最后支架中的孔就越小。而支架孔徑結構取決于材料溶液冷凍時的分相，溶液在凝固過程中會產生一定的溫度梯度，導致冰晶的定向生長，產生一定的結晶取向，最終形成方向性的空隙。而且，膠原溶液的濃度越大，支架孔徑越小越均勻，實際生產過程中可通過控制膠原溶液濃度來調節支架的孔徑大小。然而目前鮮見關于溶液滲透壓與支架材料的孔徑關系的報道。此外，將天然膠原制成膠原溶液的過程中，容易引起膠原螺旋區結構的斷裂，破壞了天然膠原的生物活性，且制成的支架材料往往不能滿足生物力學性能的要求。