[發明專利]一種用于骨組織修復的三維支架材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201410236085.3
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103990182A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 莫秀梅;李大偉;許杜亮;柯勤飛
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: A61L27/46
• 分類號: A61L27/46;A61L27/56;A61L27/54
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于組織工程和生物制造領域，特別涉及一種用于骨組織修復的三維支架材料及其制備方法。

背景技術

目前，由于創傷、腫瘤切除、感染、發育異常等原因造成的骨缺損的發病率較高，對患者日常生活產生了嚴重影響?，F有的方法主要是自體骨和異體骨移植，自體骨的來源較少，且會給病人帶來一定的痛苦；異體骨移植容易引發排斥反應，其應用受到限制。近年來，以生物材料為基礎的骨組織工程的發展為治療骨缺損提供了新的途徑。骨組織工程包括種子細胞、生長因子和支架三個要素。其中三維空間支架可以為細胞的生長提供粘附位點、營養輸送和代謝廢物的排放場所。骨組織工程改變了骨缺損修復的傳統模式，以少量細胞修復大塊組織缺損，同時可以根據實際需要進行塑造達到理想狀態。

目前，快速成型技術三維打印被廣泛應用于個性化骨修復支架材料的制備，是生物醫學、材料科學和現代制造技術等多學科交叉發展的產物，能夠滿足臨床治療的迫切需求。三維打印骨組織工程支架的強力較大，更接近于天然骨的力學性能。該方法有效地縮短了開發周期，降低了研發費用，其精確定制可以滿足不同部位不同形狀的骨缺損修復，在復雜性狀的骨支架制備方面具有獨特的優勢?？梢愿鶕∪藗€性化的要求快速制備出任意形狀大小的骨組織工程支架。然而現有的三維打印骨組織工程支架由于打印技術的限制，其結構無法再更精細的尺度上模仿天然骨的結構，孔徑尺寸過大無法提供所必需的粘附位點使得組織難以長入支架內部(Roosa，Kemppainen?et?al.2010)。而且可以通過此方法加工的材料比較有限，多為高聚物合成材料，其生物相容性受到了限制。

此外，冷凍干燥技術也被應用于制備三維多孔骨組織工程支架材料，利用冷凍過程中冰晶的生長在支架內部形成比較均勻的分布，冷凍干燥后，冰晶被去除，冰晶所在的位置形成大小均勻且相互貫通的孔洞。利用此方法可以將多種水溶性蛋白質或其它生物材料制備成多孔結構的支架。利用該種方所制備的支架，其孔洞大小可控、取向排列可控(Wu，Liu?et?al.2010)，具有良好的生物相容性，研究表明其能夠促進細胞的增殖與滲透(Mandal?and?Kundu2009)，并被應用于組織工程支架和醫用敷料的制備。然而該種微孔支架的力學性能較差，尤其是濕態下容易變形，限制了其在骨組織工程中的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于骨組織修復的三維支架材料及其制備方法，該支架的聚合物骨架能夠為骨組織再生提供必需的力學支撐，而蛋白質材料形成的微孔結構能夠為骨組織細胞提供有利的生長環境，有效的促進骨組織的再生。

本發明的一種用于骨組織修復的三維支架材料，由具有相互貫通的大孔結構的三維打印聚合物骨架和作為填充材料且具有微孔結構的蛋白質材料組成。

所述大孔結構孔徑為0.1-20毫米；所述微孔結構孔徑為0.05-0.6毫米。

所述聚合物是聚己內酯、聚乳酸、聚氨酯中的一種或幾種；所述蛋白質是明膠、再生絲素、膠原等水溶性蛋白中的一種或幾種。

所述聚合物骨架與納米羥基磷灰石形成聚合物/納米羥基磷灰石骨架，納米羥基磷灰石的質量百分比為10％-60％。

所述蛋白質中包含活性物質；其中，活性物質為藥物、生長因子、無機納米顆粒中的一種或幾種。

所述藥物是慶大霉素、四環素等抗菌類藥物、抗炎癥類藥物、紫杉醇等抗癌癥類藥物中的一種或幾種；生長因子是骨形態發生蛋白或者轉化生長因子，骨形態發生蛋白為BMP-1、BMP-2、BMP-3、BMP-7或BMP-14；轉化生長因子為TGF-α或TGF-β；無機納米顆粒為納米羥基磷灰石或納米生物玻璃顆粒，無機納米顆粒直徑為30-200納米，無機納米顆粒與蛋白質的質量比為1∶0.5-10。

所述聚合物骨架外觀形狀為立方體、圓柱體、長方體、截面為異形多邊形或圓環的柱體中的一種。

本發明的一種用于骨組織修復的三維支架材料的制備方法，其包括下述步驟：

(1)三維打印：將聚合物加熱使其熔融，利用三維打印機擠出，擠出的聚合物流體冷卻凝固，形成聚合物三維骨架；

(2)蛋白質水溶液的配制：將蛋白質固體溶于去離子水中，經過攪拌至完全溶解，得到蛋白質水溶液；

(3)冷凍干燥：將打印成型的聚合物骨架放置于模具中，將蛋白質水溶液注入模具，將聚合物骨架完全浸沒，然后將模具置于-80℃冷凍，進行冷凍干燥處理；

(4)交聯：利用交聯劑交聯蛋白質使其不溶于水，交聯之后用去離子水洗滌去除交聯劑，再次冷凍干燥，即得。