[發明專利]一種纖維增韌的組織工程半月板復合支架及其制備方法

在審

• 申請號: 201710001440.2
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN106693060A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 高爽;王配;奚廷斐;郭全義;苑志國;郭維民;陳明學
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: A61L27/40
• 分類號: A61L27/40;A61L27/24;A61L27/18;A61L27/50;A61L27/54;A61L27/56;A61L27/58;D04H1/728
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙)11360
• 代理人: 李稚婷

技術領域

本發明涉及生物醫用材料與組織工程技術領域，具體為一種復合有纖維材料的組織工程半月板支架的制備方法。

背景技術

半月板是位于膝關節股骨和脛骨之間的由纖維軟骨組成的器官，內外各一，分別為內側半月板和外側半月板，是膝關節內的重要器官。其作用為營養關節軟骨，潤滑關節，增加關節接觸面積，使關節內應力重新分布以保護關節軟骨，增強關節的穩定性。不當運動或退行性病變引發的半月板損傷將使半月板喪失對關節軟骨的保護作用，從而誘發骨關節炎。進行半月板部分或全部切除短期內可以緩解疼痛，但由于半月板不具備再生能力，因此該手術將加重骨關節炎并引發關節軟骨退化。

組織工程的發展為半月板再生修復提供了新的治療模式，其中組織工程支架作為細胞和生長因子等活性物質的載體，有著至關重要的作用。目前用于半月板組織工程支架制備的材料可以分為天然材料和人工合成材料兩種。其中天然材料如膠原等具有很好的生物活性，降解產物無毒性，有利于細胞的生長和活性因子的負載。但其降解速率過快、力學強度較差。人工合成可降解高分子材料如聚己內酯(PCL)、聚乳酸(PLA)等制備的半月板支架具有較好的力學性能，易于生產加工，且價格低廉。但其也有不可避免的缺點，如細胞相容性較差、降解產物無法被及時代謝，造成局部微環境改變加重骨關節炎或關節退化。

單純利用單一的方法(冷凍干燥、靜電紡絲、3D打印等)和單一材料(天然材料或合成高分子材料)制備半月板支架難以同時具備良好力學性能和生物相容性。復合材料制備半月板支架，將不同結構和性質的材料加工組合，可以顯著提高半月板的力學性能和生物活性。靜電紡絲是一種利用電場作為驅動力，將黏流性溶液加工成微米或納米尺度纖維絲的方法。用靜電紡絲制備的纖維絲可以很好地模擬半月板細胞外基質中有序膠原束的結構，具有良好的力學性能。冷凍干燥可以制備多孔結構支架，支架孔隙聯通，孔徑可調，有利于細胞的長入和增殖。將靜電紡絲制備的纖維絲和冷凍干燥制備的多控支架結合，可以得到既有良好力學強度，同時兼具多孔結構的半月板支架。得到的支架力學強度及孔隙率均可調可控，且支架在環向的彈性模量大于徑向彈性模量，與天然半月板力學特點相似，為各向異性支架材料，可以滿足部分半月板缺損及半月板全缺損的修復需求。

發明內容

本發明的目的是解決患者膝關節半月板受損修復問題，提供一種纖維增韌的組織工程半月板復合支架的制備方法，為組織工程修復部分半月板缺損或半月板全缺損提供新方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種纖維增韌的組織工程半月板復合支架的制備方法，包括以下步驟：

1)用有機溶劑配制含3～5wt％膠原和3～5wt％可降解高分子材料的溶液，然后利用該溶液通過靜電紡絲的方法制成纖維絲膜；

2)將膠原溶于水制成質量百分比濃度為5～50％的溶液；

3)將步驟1)制備的纖維絲膜和步驟2)配制的膠原水溶液通過層疊的方式進行交替疊加，然后進行冷凍干燥，得到凍干復合支架；

4)將凍干復合支架進行交聯、滅菌，獲得纖維增韌的組織工程半月板復合支架。

上述步驟1)中，所述可降解高分子材料可以選自下列材料中的一種或多種：聚己內酯(PCL)、聚乳酸(PLLA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)等。所述可降解高分子的重均分子量為50000-100000。

所述有機溶劑可以是下列溶劑中的一種或多種的混合溶劑：六氟異丙醇(HFPI)、四氫呋喃(THF)和氮氮二甲基甲酰胺(DMF)。優選為六氟異丙醇，或者是四氫呋喃和氮氮二甲基甲酰胺的混合溶劑。

步驟1)制備的纖維絲膜的厚度優選為100～200μm。靜電紡絲的方法具體可以是：將所述溶液裝入注射器中，注射器裝在靜電紡絲機上，在壓差為10～18kV、推注速率為0.01～0.1mL/min的條件下制備纖維絲膜。

步驟2)配制的膠原水溶液的濃度優選為25～35％。

在步驟3)中，纖維絲膜和膠原泡沫層交替層疊，夾在兩層纖維絲膜之間的膠原泡沫層的厚度通常在0.5～2.5mm左右。

步驟4)可以采用化學方法、輻照方法或干熱方法進行交聯，其中化學方法可以利用碳化二亞胺(EDAC)、戊二醛或京尼平等化學交聯劑進行化學交聯。

步驟4)中的滅菌方法可以是鈷60輻照滅菌或環氧乙烷滅菌。

本發明方法制備的纖維增韌的組織工程半月板復合支架無固定的外形和尺寸大小，厚度通常在3～30mm，可根據實際用處需要進行定型制備或制備完成后進行裁剪。