[發(fā)明專利]一種復合支架及其制備方法和應用

在審

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• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107854726A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設計）人: 于凌佳;黃振飛;賀宇;王海;吳志宏;馬步鵬;林進
• 申請（專利權）人: 中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)院
• 主分類號: A61L27/34
• 分類號: A61L27/34;A61L27/30;A61L27/28;A61L27/06;A61L27/50;A61L27/54;A61L27/56;B33Y10/00;B33Y70/00
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技術領域

本發(fā)明涉及生物醫(yī)學材料技術領域，具體涉及一種復合支架及其制備方法和應用。

背景技術

骨缺損常由于骨折、骨腫瘤、骨關節(jié)感染等疾病引起，治療非常棘手，嚴重時可導致終身殘疾，由于植骨來源的限制，特別是對于大段骨缺損及不規(guī)則骨缺損，目前臨床治療上仍然是一個難題。很多患者甚至因骨缺損而截肢。自體骨移植的缺點限制了其使用，包括：供區(qū)疼痛、感覺異常、出血、不愈合感染等問題。從1999年-2008年，自體骨移植在骨科手術中的使用由原來的86％下降至10％；目前的骨搬移技術可以治療骨缺損，但治療時間長，并發(fā)癥較多等問題，嚴重影響患者的生活質(zhì)量。同種異體骨作為常用的替代方案也存在排斥反應、傳播疾病、愈合率較低等問題。骨組織工程學及3D打印技術的出現(xiàn)為臨床修復骨缺損提供了全新的治療理念。

隨著組織工程學的發(fā)展，各種材料不斷出現(xiàn)，金屬材料包括不銹鋼、鈦合金、鉭金屬、鎂合金等，此類金屬材料具有較強的的彈性模量，而高彈性模量造成金屬材料與骨界面松動、應力遮擋，造成周圍骨組織功能退化、吸收。因此很多研究致力于如何降低金屬的彈性模量，3D打印技術的出現(xiàn)使得很多金屬材料制作成多孔狀結構，孔隙率的引入可以顯著降低如鈦合金在內(nèi)的金屬的彈性模量。因此很多研究致力于通過對金屬表面進行改性，而粗糙的表面和多孔狀結構有利于鈦合金表面新骨的長入。但此類材料生物相容性一般，缺乏生物活性，細胞很難粘附上，造成很多單純使用此類金屬內(nèi)置物的病人得不到滿意的成骨治療效果。高分子材料的出現(xiàn)改變了這種現(xiàn)狀，如天然高分子材料：透明質(zhì)酸、海藻酸鈉、殼聚糖等；人工高分子材料：聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)等。其中天然高分子材料生物相容性好，可以促進細胞的粘附和增殖，與此同時具有良好的可降解性，但是其加工塑型性能較差，并且其力學強度往往不足，限制了此類材料在臨床中骨修復方面的應用。

近年來，有學者開始嘗試將使用納米硅酸鎂鋰來促進成骨，而這種材料之前廣泛被用于涂層，制備膠等方面，并有作業(yè)藥物載體等功能。也有學者研究出可注射的納米硅酸鎂鋰凝膠，經(jīng)過對這種材料的廣泛研究，證實了其促進成骨的特性。但如何將其加載到各種3D打印支架上并使其具備有成骨活性及使得細胞與其相互作用一直沒有得到解決。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種多孔徑、高孔隙率、三維連通和適當彈性模量、良好生物相容性以及具有成骨功能的復合支架。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種制備復合支架的方法。

本發(fā)明的第三目的在于提供所述復合支架在骨缺損修復材料中的應用，所述復合支架在植入體內(nèi)后能夠為細胞提供良好的生長環(huán)境，并能夠緩釋納米粒子。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種復合支架，其包括三維多孔支架和復合涂層；所述三維多孔支架呈三維貫通的多孔網(wǎng)狀結構；所述復合涂層主體結構為透明質(zhì)酸-多巴胺形成的凝膠層，所述復合涂層還包括功能性納米粒子，所述功能性納米粒子均勻分布在所述凝膠層中；所述復合涂層粘附在所述三維多孔支架的表面。

透明質(zhì)酸-多巴胺凝膠具有良好的生物相容性，其凝膠可以包裹細胞，比傳統(tǒng)的甲基丙烯酸酰化明膠(GelMA)凝膠具有更好的促進細胞生長的特性。其內(nèi)部多孔結構有利于細胞在其內(nèi)部生長，并能夠通過羥基加載到各種材料表面。

因此我們使用透明質(zhì)酸-多巴胺凝膠加載各種促進成骨的納米粒子，并將其與3D打印的多孔支架材料粘附在一起，得到具有良好生物相容性的復合支架。

透明質(zhì)酸-多巴胺是由透明質(zhì)酸和多巴胺通過偶聯(lián)反應得到的。

優(yōu)選的，所述三維多孔支架由十四面體或菱形十二面體為基本單位，按照一定孔徑和孔柱的3D數(shù)字模型打印的具有三維連通的多孔貫通支架。

優(yōu)選的，所述三維多孔支架的孔徑是100-1000μm，孔柱是100-300μm。

優(yōu)選的，所述三維多孔支架的材料為鈦合金、二氧化鈦、金屬鉭、鈷合金或不銹鋼。

更優(yōu)選的，所述三維多孔金屬支架的材料為鈦合金。

優(yōu)選的，所述功能性納米粒子為納米硅酸鋰鎂、磷酸三鈣、三氧化二鐵、納米銀。

更優(yōu)選的，所述功能性納米粒子為納米硅酸鋰鎂。

所述復合涂層為所述納米硅酸鋰鎂加入到透明質(zhì)酸-多巴胺凝膠中攪拌混合得到。

優(yōu)選的，所述復合涂層的厚度為200-500nm。更優(yōu)選的，所述復合涂層的厚度為300nm。

進一步地，本發(fā)明還提供了所述復合支架的制備方法，其包括如下步驟：