[發(fā)明專利]一種修復(fù)骨缺損的水凝膠微球及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110371106.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN113181434B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周娟;陳敬華;李淵麗;陳皓;郭良雨;邢健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海澤充生物技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): A61L27/46
• 分類號(hào): A61L27/46;A61L27/44;A61L27/58;C08J3/075;C08L89/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

本發(fā)明公開了一種修復(fù)骨缺損的水凝膠微球的制備及其應(yīng)用，屬于生物醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用微流控裝置以甲基丙烯酰化明膠和納米羥基磷灰石為原料，通過(guò)紫外光交聯(lián)原理可以制備出不同直徑以及不同比例的水凝膠微球，本發(fā)明所制備出的水凝膠微球具有很好的機(jī)械穩(wěn)定性、生物相容性以及成骨再生能力，微球的制備方法簡(jiǎn)單，可進(jìn)行批量生產(chǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種修復(fù)骨缺損的水凝膠微球及其制備方法，屬于生物醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

嚴(yán)重的撞擊、腫瘤切除或者骨丟失都可能導(dǎo)致骨骼損傷。每年約進(jìn)行80萬(wàn)例外科手術(shù)會(huì)導(dǎo)致骨骼損傷，并且隨著人口老齡化的增長(zhǎng)而迅速增加。由于可獲得性有限，自體移植物的術(shù)后感染和出血，以及同種異體移植物和異種移植物的流行擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)和免疫排斥，天然骨移植物無(wú)法滿足臨床需求。因此，合成骨移植物的數(shù)量不斷增加，可實(shí)現(xiàn)自體骨移植物的治療效果，而不會(huì)引起嚴(yán)重的副作用。但很多有前途的合成骨移植物，特別是可注射的骨移植物，始終具有較差的有機(jī)和無(wú)機(jī)相容性。一方面，需要提高機(jī)械強(qiáng)度以滿足應(yīng)用要求。另一方面，合成材料作為“生物材料”骨移植物不僅需要滿足“材料”的物理穩(wěn)定性要求，而且還需要滿足“生物”的要求，以使其具有生物可降解性、生物相容性和生物活性，以便它們能夠促進(jìn)細(xì)胞黏附、增殖、遷移和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸并在組織再生過(guò)程中逐漸降解或吸收。

成骨細(xì)胞產(chǎn)生的礦化細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)是結(jié)締組織的主要成分，占骨骼干重的大部分。在礦化ECM中，I型膠原蛋白是一種主要的有機(jī)成分。而變性膠原明膠由于其與天然ECM非常相似，因此在仿生水凝膠研究中被廣泛使用。為了模仿天然骨的化學(xué)成分，一些仿生無(wú)機(jī)顆粒，例如羥基磷灰石(HAP)、硅酸鹽、摻錳生物可吸收陶瓷支架和鈦化合物通常用于水凝膠中。本發(fā)明在已上市的瑞士Bio-Oss骨粉的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步改進(jìn)，將有機(jī)(明膠)和無(wú)機(jī)(HAP)復(fù)配到一起，制備出了一種直徑在300-500μm的水凝膠微球。

水凝膠微球的常用制作方法可分為批量乳化法、光刻法、電噴法、機(jī)械破碎法和微流控法。批量乳化法是將不相容的液體混合在一起生成可交聯(lián)的水凝膠液滴；光刻法是將光聚焦在掩模版或者模具上固化交聯(lián)形成水凝膠微球；電噴法是在針頭和接收液之間加上電壓，使施加的電壓克服針尖處的表面張力，形成了帶電的液滴射流，在接收液中交聯(lián)形成水凝膠微球；在機(jī)械破碎方法中，將預(yù)先形成的塊狀水凝膠通過(guò)機(jī)械破碎成水凝膠微球；微流控法將載有不相容液體通過(guò)微流道連接，在交匯處產(chǎn)生液滴，然后將液滴交聯(lián)形成水凝膠微球，該方法適用于快速產(chǎn)生穩(wěn)定的尺寸可控的微球。

此類3D支架具有較大的表面積，可改善細(xì)胞-基質(zhì)相互作用。使用微流體方法能夠快速生成水凝膠微球，該水凝膠微球可以封裝來(lái)自骨髓的干細(xì)胞和生長(zhǎng)因子，并創(chuàng)建良好的細(xì)胞生長(zhǎng)微環(huán)境，從而增強(qiáng)了成骨作用。在微流體裝置中產(chǎn)生包含光引發(fā)劑(LAP)的可光交聯(lián)GelMA+HAP液滴，然后對(duì)其進(jìn)行光聚合，以快速有效地產(chǎn)生GH微球。這種溫和的膠凝條件使對(duì)摻入的細(xì)胞或者蛋白質(zhì)的損害最小化。GH微球不僅具有適宜的物理穩(wěn)定性，而且具有良好的生物相容性，細(xì)胞能夠在微球表面黏附并增值。但是，這種方法有一些缺點(diǎn)，限制了其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。首先，微流體技術(shù)需要昂貴的毛細(xì)管裝置或微通道芯片，這在組裝上也存在技術(shù)挑戰(zhàn)，并極大地影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其次，由于微流體裝置沒(méi)有交聯(lián)，因此水凝膠微滴只能在下游交聯(lián)，在那里它們會(huì)融合并變得不穩(wěn)定。因此，有必要設(shè)計(jì)一種新方法，以確保簡(jiǎn)單、快速的操作使微球交聯(lián)。光交聯(lián)的可注射水凝膠在微流控設(shè)備中暴露于光線時(shí)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的交聯(lián)，并表現(xiàn)出出色的生物相容性。例如，明膠甲基丙烯酰胺(GelMA)是一種可生物降解，無(wú)毒且無(wú)免疫原性的光交聯(lián)水凝膠，可促進(jìn)細(xì)胞粘附、增殖、遷移和分化。

目前臨床上普遍使用的是瑞士生產(chǎn)的Bio-Oss骨粉用于牙周骨缺損、頜面外科骨缺損的填充，但是其存在很多缺陷，比如顆粒直徑分布不均勻、棱角尖銳、生物相容性差，對(duì)其臨床應(yīng)用均產(chǎn)生不良影響。此外這款骨粉價(jià)格也比較昂貴，一盒950元/0.25g，很難普及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容