[發(fā)明專利]一種多細(xì)胞生物復(fù)合支架及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011207749.5
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112336920B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳成鐵;秦宸;陳蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: A61L27/38
• 分類號: A61L27/38;A61L27/10;A61L27/20;A61L27/22;A61L27/52;A61L27/54;B33Y70/10
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明公開一種多細(xì)胞生物復(fù)合支架及其制備方法和應(yīng)用。所述支架包括形成(A?B?A)_m的循環(huán)排列模式的下層結(jié)構(gòu)和形成(C?D?C)_n的循環(huán)排列模式的上層結(jié)構(gòu)，其中A為包含Li、Mg、Si三種元素的生物活性陶瓷粉體和具有生物相容性的有機(jī)材料的下層復(fù)合材料，B為具有成骨分化潛力的干細(xì)胞，C為包含具有生物相容性的有機(jī)材料的上層有機(jī)材料，D為軟骨細(xì)胞，m、n是1?100間的正整數(shù)。所述多細(xì)胞生物復(fù)合支架能夠模擬骨?軟骨復(fù)雜組織的生理結(jié)構(gòu)，高效促進(jìn)骨?軟骨缺損一體化修復(fù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含多細(xì)胞的生物復(fù)合支架及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種結(jié)構(gòu)上分層的含細(xì)胞的無機(jī)-有機(jī)材料復(fù)合生物活性支架，該復(fù)合支架可以模擬骨-軟骨的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和生理環(huán)境，可以有效促進(jìn)骨-軟骨相關(guān)細(xì)胞定向分化，是治療骨-軟骨復(fù)雜組織缺損的潛在治療手段。同時提供了上述復(fù)合支架的制備方法，細(xì)胞在該復(fù)合支架上黏附率高，增殖、分化活性好。屬于生物技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在日常生活中骨關(guān)節(jié)炎、運(yùn)動損傷、肥胖等原因均可能引起關(guān)節(jié)骨-軟骨病變乃至缺損，由于骨-軟骨組織及其界面結(jié)構(gòu)、生理環(huán)境的復(fù)雜性，臨床上的治療方法還不能達(dá)到完整、高效、大面積修復(fù)骨-軟骨缺損的目標(biāo)，目前仍然是醫(yī)學(xué)上亟需解決的難題。開發(fā)出與骨-軟骨復(fù)雜組織的結(jié)構(gòu)及生理環(huán)境相匹配的一體化再生支架具有很大的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種多細(xì)胞生物復(fù)合支架及其制備方法和應(yīng)用。能夠模擬骨-軟骨復(fù)雜組織的生理結(jié)構(gòu)，高效促進(jìn)骨-軟骨缺損一體化修復(fù)。

第一方面，本發(fā)明提供了一種上下結(jié)構(gòu)分層的多細(xì)胞復(fù)合支架，所述支架包括形成(A-B-A)_m的循環(huán)排列模式的下層結(jié)構(gòu)和形成(C-D-C)_n的循環(huán)排列模式的上層結(jié)構(gòu)，其中A為包含Li、Mg、Si三種元素的生物活性陶瓷粉體和具有生物相容性的有機(jī)材料的下層復(fù)合材料，B為干細(xì)胞，C為包含具有生物相容性的有機(jī)材料的上層有機(jī)材料，D為軟骨細(xì)胞，m、n是1-100間的正整數(shù)。優(yōu)選地m和n的比例m:n＝3：7～7：3。

本發(fā)明所述支架模擬骨軟骨組織的軟骨-軟骨下骨分層結(jié)構(gòu)，上下層分別對應(yīng)軟骨和軟骨下骨的組成和組織細(xì)胞進(jìn)行設(shè)計。下層支架中包括Li、Mg、Si三種元素的生物活性離子的陶瓷粉體和具有良好生物相容性的有機(jī)材料以及具有成骨分化潛能的干細(xì)胞，這與人體骨組織中的組成相似，通過材料和細(xì)胞的仿生設(shè)計，分別模擬了有機(jī)無機(jī)復(fù)合的骨基質(zhì)和骨髓中分布的具有成骨潛能的干細(xì)胞。所述上層支架中包括具有良好生物相容性的有機(jī)材料以及軟骨細(xì)胞，這與人體軟骨組織的組成相類似，仿生了有機(jī)的軟骨基質(zhì)和軟骨基質(zhì)中分布的軟骨細(xì)胞。上下層結(jié)合后構(gòu)成了本發(fā)明所述的復(fù)合支架，通過上層模擬軟骨組織下層模擬骨組織的方法，構(gòu)建了仿生模擬骨軟骨組織結(jié)構(gòu)和組成的多細(xì)胞生物復(fù)合支架。在仿生組成和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，下層支架中的生物活性陶瓷粉體在降解過程中能夠向生理環(huán)境中釋放出Li、Mg、Si三種有益元素，有益元素傳遞給支架內(nèi)部和周圍的軟骨細(xì)胞和干細(xì)胞，促進(jìn)軟骨細(xì)胞成熟和維持軟骨表型的相關(guān)基因以及干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化的相關(guān)基因的表達(dá)，誘導(dǎo)兩種細(xì)胞定向分化，同時促進(jìn)軟骨和骨的形成，由此達(dá)到軟骨組織和骨組織同時再生的目的。所述兼具結(jié)構(gòu)和功能的多細(xì)胞復(fù)合支架，在骨-軟骨缺損的修復(fù)上具有非常大的應(yīng)用潛力。

所述具有良好生物相容性的有機(jī)材料應(yīng)具有①良好的剪切變稀性能和打印性能，通過擠出式3D打印能夠制備出具有穩(wěn)定、完整的形狀和結(jié)構(gòu)。②具有良好的強(qiáng)度，在體外培養(yǎng)至少20天內(nèi)能夠保持支架結(jié)構(gòu)和形態(tài)。②良好的細(xì)胞相容性，能夠在體外培養(yǎng)至少20天內(nèi)支持細(xì)胞的黏附和增殖等生命活動。所述具有上述特性的有機(jī)材料為結(jié)冷膠、海藻酸鈉、甲基纖維素、明膠、殼聚糖中的至少一種。更優(yōu)選地，所述具有生物相容性的有機(jī)材料為包括結(jié)冷膠、海藻酸鈉和甲基纖維素的復(fù)合水凝膠，所述復(fù)合水凝膠材料相對于單種水凝膠材料，能夠提供更優(yōu)的打印性能和材料強(qiáng)度，且維持了良好的細(xì)胞相容性。將所述有機(jī)材料與水混合形成水凝膠材料；所述水凝膠的質(zhì)量濃度為1-50wt％，為兼顧細(xì)胞相容性，打印性能和力學(xué)性能，優(yōu)選其質(zhì)量濃度為1-12wt％。