[發明專利]基于水凝膠材料構建的組織工程骨及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202110600490.9
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN115475283A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 華宇杰;周廣東;白寶帥;郝俊祥
• 申請（專利權）人: 上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院
• 主分類號: A61L27/52
• 分類號: A61L27/52;A61L27/54;A61L27/50;A61L27/20;A61L27/22
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 褚明偉

本發明涉及基于水凝膠材料構建的組織工程骨及其制備方法與應用。將成骨分化潛力的細胞包裹于具有成骨誘導活性的水凝膠材料，并通過一定的培養方式培養一段時間，即可獲得成熟的組織工程骨。與現有技術相比，本發明提供的組織工程骨的構建方法是通過水凝膠材料來實現的，并且以水凝膠材料作為支架材料具備較好的成骨誘導活性，非常適用于骨組織工程。本發明通過體外生物反應器培養或體內皮下植入培養，有效解決了細胞在水凝膠內的營養交換障礙。本發明提供的組織工程骨具有成熟、穩定的組織學特性，能夠達到正常骨組織水平，能夠有效解決臨床上自體骨供體不足的問題。

技術領域

本發明涉及組織工程與再生醫學領域，尤其是涉及一種基于水凝膠材料構建的組織工程骨及其制備方法與應用。

背景技術

當前，對于嚴重創傷、腫瘤切除后導致的大段骨缺損一直都是臨床醫生亟需解決的難題。目前，臨床上最常用的治療方法是自體骨移植，因為自體骨的骨誘導、骨生成作用被認為是植骨融合的金標準。但是，對于大段骨缺損填充，自體骨的供體十分有限，異體骨又面臨免疫排異反應的問題。因此，臨床上通常采用生物材料來替代治療，例如骨水泥、生物陶瓷、生物可降解復合材料等，但仍然面臨著植入材料難以吸收降解等問題。隨著組織工程技術的發展，經典的骨組織工程修復策略已經在實驗中得到了廣泛的驗證，但是還未能廣泛應用于臨床治療，究其原因在于再生的組織工程骨沒有達到正常骨組織水平。目前，常用的骨組織工程支架材料包括PCL、明膠、脫鈣骨基質等生物材料。作為新一代組織工程支架材料，水凝膠以其高度含水、合適的力學強度，被認為是最理想的組織再生材料，但是基于水凝膠材料構建的組織工程骨并未有報道，主要原因在于：1)用于骨組織再生的水凝膠材料不夠理想，缺乏成骨誘導活性；2)適合水凝膠材料的組織培養技術尚不完善，面臨著營養物質交換等問題。

發明內容

為了解決水凝膠材料構建組織工程骨的技術壁壘，本發明提供一種基于水凝膠材料構建的組織工程骨及其制備方法與應用。

本發明通過優化用于骨組織再生的水凝膠材料，并結合相應的組織培養技術，首次利用水凝膠材料成功構建了成熟的組織工程骨。

本發明提供的組織工程骨的構建方法有望為整形美容、骨缺損修復與再生領域帶來全新的治療方案。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明的第一個目的是提供具有成骨誘導活性水凝膠材料的制備方法。

在本發明的一個實施方式中，所述成骨誘導活性水凝膠材料是將成骨活性成分包裹于水凝膠材料制備得到。

在本發明的一個實施方式中，所述成骨活性成分包括生物活性的無機材料或生物活性因子。

在本發明的一個實施方式中，所述生物活性的無機材料包括羥基磷灰石、磷酸鈣、碳酸鈣、生物玻璃、脫鈣骨基質等。在本發明的一個實施方式中，所述生物活性因子包括BMP-2～BMP-9(骨形態發生蛋白)、VEGF、TGFβ等。

在本發明的一個實施方式中，所述成骨活性成分優選為羥基磷灰石、脫鈣骨基質、BMP-2。

在本發明的一個實施方式中，所述水凝膠材料是由水溶性高分子通過物理交聯或化學交聯或光交聯中的一種或多種交聯方式，或單一交聯方式的多種材料組合交聯形成。

在本發明的一個實施方式中，所述水溶性高分子選自天然高分子材料或合成高分子材料。

在本發明的一個實施方式中，所述天然高分子材料包括天然多糖類物質及其修飾物或降解物，蛋白及其修飾物或降解物。

在本發明的一個實施方式中，所述天然多糖類物質包括透明質酸、羧甲基纖維素、甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、海藻酸、葡聚糖、瓊脂糖、肝素、硫酸軟骨素、乙二醇殼聚糖、丙二醇殼聚糖、殼聚糖乳酸鹽、羧甲基殼聚糖或殼聚糖季銨鹽。