[發明專利]一種高強度可降解多孔結構組織工程支架的制備方法

有效

• 申請號: 201310390015.9
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103463685A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 尹大川;何進;李大為;王鵬燕;劉雅麗;郭云珠;商澎
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: A61L27/56
• 分類號: A61L27/56;A61L27/12;A61L27/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明涉及一種組織工程支架的制備方法。

背景技術

組織工程支架是一種人工合成的具有三維結構的框架，它起到了模擬細胞外基質的作用，從而使細胞在這種三維結構上黏附、增殖、遷移、分化，最終使組織得以重建。這種技術突破了傳統的器官移植和生物材料植入的一些限制（如免疫原性、來源有限、價格昂貴等），可用于修復受損的組織或器官而不需要輔助的治療，不僅可以提高治愈率，而且可以大大降低治療成本。

到目前為止，以可降解的高分子為基礎材料的組織工程支架得到了比較深入的研究，取得了重要進展。所制備的支架在軟組織，如血管、皮膚、韌帶以及神經等的修復或重建中具有較大潛力。此外，生物活性陶瓷以及金屬支架，如鈦合金、不銹鋼等，也得到了一定的研究。這些材料所制備的支架存在一些不同的缺點，最主要的問題是力學性能與可降解性不能很好的匹配，如高分子支架可降解，但其力學性能較差，只能用于軟組織的修復；生物活性陶瓷模量較高，但脆性較大，雖然可用于一些硬組織的修復，但卻不能用于修復承受拉應力的硬組織。

鈦合金、不銹鋼等金屬材料具有良好的力學性能，如高強度、高模量、良好的韌性、優異的延展性等，同時又具有良好的加工成型性。這些優異的性能使金屬材料很早便已廣泛地應用于醫用植入材料，如骨固定材料、關節置換材料、骨板、牙齒等。但是這些材料不可降解，當其作為組織工程支架植入體內時會以異物的形式長期存在于體內。這會產生一些負面影響，如應力屏蔽，應力松馳，血管支架還會產生再狹窄等。這些缺點限制了它們的應用。因此，可降解的金屬材料成為解決這些問題很有希望的途徑。

一直以來，腐蝕被認為是導致金屬材料失效的主要原因之一，但一些金屬（如鐵、鎂等）的腐蝕卻成為植入材料的一個優點，它們可被用作降解植入材料。將其植入體內，這些材料會隨著新組織的形成逐漸降解。而且鐵和鎂是人體必須的元素，不會對人體產生較大的負面影響。因此，這類材料必將成為一種革命性的植入材料而被廣泛的應用于生物醫學領域。

到目前為止，鎂基和鐵基可降解的醫用金屬材料已得到了開創性的研究。雖然對鎂合金的研究越來越多，但與鐵相比，其力學性能較低。更重要的是，在生理環境中的降解速度太快，以致新形成的骨還不能夠承受必要的載荷就已發生破壞，而且在腐蝕的過程中嚴重析氫，這些難以克服的缺點使其應用受到限制。與鎂相比，鐵的降解速度較慢，且具有更優異的力學性能和良好的生物相容性。已有動物體內實驗表明，鐵作為血管支架在植入后沒有炎癥、內膜增生或者血栓形成，因此沒有引起明顯的血管阻塞[Liu?B,Zheng?YF.Effects?of?alloying?elements(Mn,Co,Al,W,Sn,B,C?and?S)on?biodegradability?and?in?vitro?biocompatibility?of?pure?iron.Acta?Biomater.2011;7:1407-20.]。Moravej等采用電鑄技術制備的鐵箔具有良好的力學性能和合適的腐蝕速率，有望用作可降解的血管支架材料[Moravej?M,Prima?F,Fiset?M,Mantovani?D.Electroformed?iron?as?new?biomaterial?for?degradable?stents:Development?process?and?structure–properties?relationship.Acta?Biomater.2010;6:1726-35.]。Nie等采用等通道轉角擠壓法制備出大塊納米晶純鐵棒，這種材料具有更強的腐蝕抗力和良好的體外相容性，能夠刺激纖維母細胞的增殖，促進內皮化，抑制血管平滑肌細胞的生存能力[Nie?FL,Zheng?YF,Wei?SC,Hu?C,Yang?G.In?vitro?corrosion,cytotoxicity?and?hemocompatibility?of?bulk?nanocrystalline?pure?iron.Biomed?Mater.2010;5.]。Wegener等采用粉末冶金法制備了一種多孔鐵基合金，具有可調節的力學性能，對細胞增殖沒有產生不利的影響，有望用作可降解的骨修復或骨固定材料[Wegener?B,Sievers?B,Utzschneider?S,Muller?P,Jansson?V,Rossler?S,et?al.Microstructure,cytotoxicity?and?corrosion?of?powder-metallurgical?iron?alloys?for?biodegradable?bone?replacement?materials.Mater?Sci?Eng?B-Adv.2011;176:1789-96.]。但是，這些方法制備出來的材料為鐵箔或塊體材料，它們不具有多孔結構或者孔徑太小，不利于細胞的生長，因此不能滿足組織工程對支架的要求。