[發(fā)明專利]一種具有抗炎作用的血管化骨仿生多功能組織工程支架及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110603045.8
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113274550B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張進(jìn);楊黃浩;童冬梅;阮任杰;陳琳;臧浩;蘇偉玲;鄒蘊(yùn)
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: A61L27/32
• 分類號: A61L27/32;A61L27/02;A61L27/18;A61L27/22;A61L27/52;A61L27/54;A61L27/56;A61L27/58
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種具有抗炎作用的血管化骨仿生多功能組織工程支架及其制備方法。此血管化骨仿生多功能組織工程支架主要包含HA@PLA支架、GelMA、DFO?NPs和MnCO四種組分。通過3D打印技術(shù)和表面涂層的方式制備HA@PLA支架，再將GelMA預(yù)聚物、MnCO和DFO?NPs混合溶液注入支架，經(jīng)過UV光交聯(lián)得到仿生多功能復(fù)合支架，由以上組分結(jié)合制得的仿生多功能復(fù)合支架，由于MnCO和DFO?NPs的釋放，通過消炎和促進(jìn)血管形成從而能夠更好的促進(jìn)骨修復(fù)，為現(xiàn)今大節(jié)段骨缺損修復(fù)的臨床治療方案提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及具有抗炎作用的血管化骨仿生多功能組織工程支架及其制備方法。

背景技術(shù)

骨具有強(qiáng)大的自我修復(fù)的能力，但無法完全修復(fù)大節(jié)段骨缺損。全世界每年骨缺損的患者數(shù)以千萬計(jì)，因腫瘤和創(chuàng)傷而造成的大體積骨缺損是臨床上進(jìn)行骨修復(fù)和移植的主要原因。骨移植手術(shù)的最佳材料是自體骨，但是自體骨來源有限，而且會增加患者的痛苦，難以滿足現(xiàn)實(shí)需求。而骨組織工程支架的出現(xiàn)，為該類手術(shù)提供了更多樣的修復(fù)材料。近年來，骨組織工程頻頻取得新的成果，支架材料的制備以及其制備的方法也成為研究的主要方向之一。但在大節(jié)段骨缺損修復(fù)過程中，存在血液供應(yīng)不足，骨組織工程支架在種植體周圍引起異物反應(yīng)，引發(fā)炎癥從而導(dǎo)致骨缺損的愈合時(shí)間延長的問題。

3D打印的出現(xiàn)有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工藝的不足，并且在骨組織工程支架成型中得到廣泛應(yīng)用。3D打印技術(shù)在支架制造中應(yīng)用時(shí)，不僅可以精確定制患者特定的宏觀尺度支架幾何形狀，還可以控制和優(yōu)化微觀尺度的多孔結(jié)構(gòu)（Y. Yan et al. Biomaterials, 2019,97–110）。PLA材料因其優(yōu)異的生物相容性、生物降解性、機(jī)械性能和易加工性而成為最適合用于制備組織工程支架的材料之一。然而，PLA具有親水性低，細(xì)胞對支架的親和力差等局限性。為了解決這個(gè)問題，多采用表面涂層等方法提高PLA支架的生物活性。

DFO是一種經(jīng)過食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)用于臨床使用的鐵螯合劑。研究表明，DFO可以通過激活HIF-α通路，從而促進(jìn)血管化和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化。然而DFO作為一種小的水溶性分子，直接注射容易失活，并且在體內(nèi)降解迅速。因此，有必要研發(fā)一種能使DFO在體內(nèi)持續(xù)釋放的給藥系統(tǒng) （X. Han et al. Bioactive Materials,2021, 1639–1652）。GelMA是一種常用的由明膠改性而成的光交聯(lián)水凝膠，具有低的抗原性、良好的生物相容性和生物降解能力。近年來GelMA水凝膠已被證明在骨、軟骨、心肌、血管等組織再生方面的獨(dú)特優(yōu)勢，并且在基礎(chǔ)細(xì)胞研究、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、藥物控釋及生物感應(yīng)等領(lǐng)域亦取得了較好的結(jié)果。所以，將DFO-NPs與GelMA水凝膠結(jié)合是一種潛在的實(shí)現(xiàn)DFO緩慢釋放的方法。最后，我們考慮到骨組織工程支架在種植體周圍引起異物反應(yīng)，引發(fā)炎癥從而導(dǎo)致骨缺損的愈合時(shí)間延長的問題。設(shè)想向體系中加入能釋放一氧化碳?xì)怏w的材料，通過一氧化碳調(diào)控炎癥反應(yīng)，從而縮短骨缺損愈合時(shí)間。因此，本發(fā)明提供一種具有抗炎及修復(fù)作用的血管化骨仿生多功能3D打印支架及其制備方法，基于以上材料的優(yōu)勢設(shè)計(jì)出一種新型仿生多功能支架，通過消炎和促進(jìn)血管的形成更好的促進(jìn)骨修復(fù)，為組織工程領(lǐng)域發(fā)展提供了新思路，在大節(jié)段骨缺損修復(fù)的臨床治療具有很大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的目的在于提供一種具有抗炎作用的血管化骨仿生多功能組織工程支架及其制備方法。這種復(fù)合支架具有與天然骨類似的結(jié)構(gòu)，其梯度孔徑能很好的模擬了皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)。除此之外，MnCO的加入使得支架能極大的減輕植入部位處的炎癥反應(yīng)，更好的促進(jìn)骨整合。DFO-NPs的緩慢釋放能產(chǎn)生局部缺氧環(huán)境，促進(jìn)血管形成。同時(shí)血管的快速形成能促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)擴(kuò)散，細(xì)胞增殖和新骨生長，從而促進(jìn)骨缺損愈合。該仿生支架有望解決大節(jié)段骨缺損修復(fù)過程中血液供應(yīng)不足和骨組織工程支架在種植體周圍引起異物反應(yīng)，引發(fā)炎癥從而導(dǎo)致骨缺損的愈合時(shí)間延長的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：