本发明专利技术公开了一种用于骨软骨界面修复的具有梯度活性的支架材料及其制备方法和应用。所述支架材料由以下制备方法制成:S1.将钙盐溶液和含有酪蛋白的碳酸盐溶液混合,搅拌,清洗,干燥后得到含有酪蛋白复合碳酸钙微球;S2. 将S1中含有酪蛋白的复合碳酸钙微球分散于N,N-二甲基甲酰胺中,得到悬浮液A;将生物医用可降解聚合物溶解于二氯甲烷中,得到溶液B;将A加入B中,搅拌,制备成膜,干燥后将成膜材料在碱性溶液下浸泡,待用;S3. 将S2中所得物质加入无菌SBF溶液,进行矿化,清洗,干燥后即得所述支架材料。本发明专利技术制备的支架材料具有矿化后形成的羟基磷灰石梯度形态,生物相容性好,力学性能良好,易于实现批量化生产。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术涉及生物材料
,更具体地,涉及。
技术介绍
关节软骨由含胶原纤维的致密结缔组织形成基本框架,这种框架呈半环形,其底端紧紧附着在骨质上,上端朝向关节面,该结构使软骨与骨紧密结合从而难以脱落,同时当受到压力时,还允许有少量变形,起到缓冲压力的作用。在胶原纤维之间,分布着形态渐变的软骨细胞。由浅层向深层,软骨细胞逐渐由扁平样过渡至椭圆或圆形,维持软骨的正常代谢。软骨可分为四层,各层中细胞的形状与大小、胶原纤维的粗细与走向、蛋白多糖的浓度、水的含量,均不相同。浅表层,胶原纤维密集排列,形成膜样结构,蛋白多糖的浓度相对较低,水分含量最多;中间层,胶原纤维随机排列,相互交织。软骨细胞呈随机分布;放射排列层,含蛋白多糖最多,胶原纤维最粗,且自下而上呈放射状排列,垂直于软骨表面,而软骨细胞成串定位于此层中;钙化软骨层,邻接软骨下骨。关节软骨没有神经和血管,其营养供给是通过关节活动产生的压力变化,使滑液在关节腔与软骨基质之间流通来完成,故损伤后的关节软骨难以自行修复与再生,且易导致明显的功能障碍。关节软骨缺损在临床上十分常见,常常导致患者出现关节疼痛、活动受限,诱发骨关节炎,甚至导致肢体功能障碍和残缺,严重影响患者的生活质量,已成为目前肢体残障的主要原因之一。现阶段,临床应用的治疗软骨损伤的方法主要是:(1) 口服药物、关节腔内注射透明质酸、关节灌洗术和清理术等,但只能起到缓解症状,延缓病情进展的作用,不能修复已损伤的软骨及软骨下骨;(2)钻孔术、微骨折术等手术可利用经髓腔自然渗透到钻孔区的、未经过特殊处理的少量间充值干细胞(MSCs)修复缺损,但其刺激所新生成的是疤痕组织和以I型胶原为主的纤维软骨,不具备正常关节软骨的生物力学性能,远达不到关节软骨力学的需要;(3)自体软骨细胞移植或自体骨软骨块嵌合移植,获得了一定的治疗效果,但取材来源有限,软骨细胞扩增能力欠佳及对供区造成伤害等原因大大限制了其应用;(4)同种异体软骨移植,虽然可提供相应位置的供体材料,但存在免疫排斥反应、供体受体融合不完全、软骨分离等弊端,且面临疾病传播的风险。 目前最新发展的组织工程,是将分离的自体细胞种植于细胞支架(scaffold)或细胞外基质(extracellular matrix, ECM)上,使细胞在预制形态的三维支架上增殖分化,然后将这种细胞杂化材料(hybrid material)植入软骨缺损部位。在生物材料逐步降解的同时,种植的骨细胞不断增殖,从而达到修复组织缺损的目的。现在使用的软骨修复支架材料可分为天然支架材料和人工支架材料两大类。天然支架材料是来源于动、植物或者人体内天然存在的大分子材料,具有良好的生物相容性、组织亲合性。人工支架材料是目前研究较多的材料,主要有高分子聚合物,无机物等,可根据需要调整其物理、化学、生物力学和降解性能,容易加工成形,生产重复性好。无机物以碳酸钙、磷酸三钙、羟基磷灰石为主。近年来,羟基磷灰石(HA)因其与骨矿物质相似而成为骨骼修复材料。它可以作为骨替代物而进行软骨修复,或涂于接骨材料表面使其植入体内后有更好的修复效果,但简单的涂抹或者混合不能够非常准确地将HA涂层涂于受损伤表面,并且对基材要求高,涂层组成结构不均一等缺点,同时传统煅烧法制备羟基磷灰石对实验要求较高,因此需要发展新的医疗HA应用技术。模拟人体骨磷灰的生物矿化过程引起关注,它是指在有机基质调控和参与下生物矿物在生物体内的形成过程。这种方法能够在与基质水溶液接触的表面上形成均一的磷灰石涂层,并由仿生矿化过程在人体温度下进行,且用该种方法形成的HA在组成结构性能与天然骨基质更为相近,是很好的生物相容性骨修复材料。因此模拟生物矿化成为等离子喷涂法制备经基磷灰石涂层最有前景的替代技术。于此同时,研究发现近年来在所构建的支架材料只侧重于修复软骨,且往往是各向均一的。在体内,软骨并非是单一结构的组织,且软骨与骨紧密结合在一起,才能行使其传递应力的功能。因此,需要制备模拟体内组织结构的复合生物材料,特别是骨软骨界面结构,才能提供类似体内的细胞微环境,从而使得软骨组织缺损的修复更牢固、成功。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是克服现有组织工程支架材料结构单一,机械性能不足,以及操作过于繁琐,无法量化生产等不足,提供了。本专利技术的技术目的通过以下技术方案实现: 本专利技术提供了一种用于骨软骨界面修复的具有梯度活性的支架材料,所述支架材料由以下制备方法制成:S1.将钙盐溶液和含有酪蛋白的碳酸盐溶液混合,搅拌,清洗,过滤、干燥后得到含有酪蛋白的复合碳酸钙微球; 52.将SI中含有酪蛋白的复合碳酸钙微球分散于N,N-二甲基甲酰胺中,得到悬浮液A ;将生物医用可降解聚合物溶解于二氯甲烷中,得到溶液B ;将A加入B中,搅拌,制备成膜,干燥后将成膜材料在碱性溶液下浸泡,待用; 53.将S2中所得物质加入无菌SBF溶液,进行矿化,清洗,干燥后即得所述支架材料。本专利技术通过将含有酪蛋白碳酸钙复合微球与生物医用可降解聚合物在一定条件下进行复合,并原位进行矿化,得到了具有层状结构的含纳米羟基磷灰石的有机无机复合材料。该层状结构为沿着复合材料厚度方向上,各组分的相对含量不同且底层与表层结构也不同。优选地,所述SI中钙盐溶液和含有酪蛋白的碳酸盐溶液混合体积比为1:1,所述含有酪蛋白的碳酸盐溶液中酪蛋白的质量体积浓度为8mg/ml ; 所述含有酪蛋白的复合碳酸钙微球直径为1~2μπι。优选地,所述S2中N,N- 二甲基甲酰胺与二氯甲烷的混合体积比为1:3。优选地,所述生物医用可降解聚合物包括聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物或聚乳酸。优选地,当所述S2中加入聚已内酯制备成溶液B时,聚己内酯的分子量为70000-90000 Da,所述S2中成膜材料,按质量体积百分数计,聚已内酯浓度为8%~20 w/v%,CaCO3浓度为 4%~10 w/v %。优选地,当所述S2中加入聚乳酸-羟基乙酸共聚物时,按质量体积百分数计,聚乳酸-羟基乙酸共聚物浓度为5 %~20 w/v % ;所述成膜材料中聚乳酸-羟基乙酸共聚物与CaCO3的质量比为2~3:1。优选地,当所述S2中加入聚已内酯制备成膜材料时,成膜方法为将A加入B中,搅拌,静电纺丝成膜; 所述S2纺丝中推动速度为1.0 ml/h,流量为0.6-1.2 ml/h,施加电压值为10~20 kV,接收距离为10~20 cm ; 所述静电纺丝成膜的纤维直径为600~1000 nm。优选地,当所述S2中加入制备聚乳酸-羟基乙酸共聚物成膜材料时,成膜方法为将A与B的混合溶液溶于二氧六环溶液中,浇注成膜于培养皿中,真空干燥24 h~72h ; 所述浇注成膜厚度为300~600 nm。优选地,所述S2中成膜材料在0~4°C条件下浸泡0.1~1 h ; 更具体地,所述成膜材料在1.5 M的NaOH溶液下浸泡,浸泡的目的是为了提高CaCO^j球的暴露程度并增加复合膜的表面亲水性。所述S3中将S2中所得物质经75%酒精灭菌,风干12~24 h,加入无菌SBF溶液,于37°C浸泡14天;14天后移去矿化液,去离子水清洗三遍,冷冻干燥后,即得所述支架材料。本专利技术通过将无机的含有酪蛋白的碳酸钙复合微球和有机的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于骨软骨界面修复的具有梯度活性的支架材料,其特征在于,所述支架材料由以下制备方法制成: S1.将钙盐溶液和含有酪蛋白的碳酸盐溶液混合,搅拌,清洗,过滤、干燥后得到含有酪蛋白的复合碳酸钙微球;S2. 将S1中含有酪蛋白的复合碳酸钙微球分散于N,N‑二甲基甲酰胺中,得到悬浮液A;将生物医用可降解聚合物溶解于二氯甲烷中,得到溶液B;将A加入B中,搅拌,制备成膜,干燥后将成膜材料在碱性溶液下浸泡,待用;S3. 将S2中所得物质加入无菌SBF溶液,进行矿化,清洗,干燥后即得所述支架材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员:李燕,曹智楠,王丹丹,马双双,蒋庆,龚逸鸿,叶舒莹,
申请(专利权)人:中山大学,
类型:发明
国别省市:广东;44
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