一种用于软骨替代修复的凝胶‑生物陶瓷软骨植入体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种用于软骨替代修复的凝胶‑生物陶瓷软骨植入体，所述软骨植入体包括含钙磷的生物陶瓷支架与水凝胶，所述水凝胶的一面通过生物胶水与所述含钙磷的生物陶瓷支架粘合在一起，其中，所述水凝胶的杨氏模量0.2～3MPa，含水量为60～80％；所述含钙磷的生物陶瓷支架的杨氏模量为1～20GPa，所述支架上形成有多个孔洞，所述孔洞的孔径为200～600μm。所述植入体的上层凝胶具有和软骨相似的力学性能，下层支架与承力部位的力学性能相匹配，既能替代性进行软骨替代修复的功能，又能在骨重建的过程中逐渐与软骨下骨形成组织融合，用于承力部位的软骨缺损的软骨替代修复。本发明专利技术还提供了该软骨植入体的制备方法及应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物医用材料
，具体涉及一种用于软骨替代修复的凝胶-生物陶瓷软骨植入体及其制备方法和应用。
技术介绍
关节炎是全世界最常见的慢性疾病，主要包括骨关节炎和类风湿关节炎两种，其中，以关节软骨退化为特征的骨性关节炎严重影响着中老年人健康和活动能力，其主要是因为软骨细胞、细胞外基质及软骨下骨组织的分解和合成代谢失衡，导致关节软骨进行性破坏、软骨丢失，关节炎发生。目前，临床上修复关节软骨损伤的生物治疗方法可以减少或推迟关节的晚期退变，改善关节软骨损伤的症状，其主要包括自体骨移植和异体骨移植、刺激关节软骨再生。目前各种技术都存在一定的局限性，例如，微骨折作为一种刺激关节软骨再生的技术，适应症为小的(<2cm2)单级Ⅲ、Ⅳ级软骨缺损并且不伴有软骨下骨缺损患者，但是在术后组织学观察中显示修复以Ⅰ型胶原为主的纤维软骨组织，其生物力学强度较正常软骨组织差。自体骨移植的应用存在供体来源有限、取材困难和大移植块形合度不能满足等缺陷；异体骨移植容易引起机体的免疫排斥反应，通过加工处理可降低异体骨的排斥反应，但其自身成骨诱导和骨生成作用已遭到一定破坏，存在新骨替代缓慢，生物力学性能较差等问题，进而影响治疗效果。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种移植修复软骨的替代植入体，能够克服自体骨移植来源有限和异体骨移植的免疫反应等问题。第一方面，本专利技术提供了一种用于软骨替代修复的凝胶-生物陶瓷软骨植入体，所述软骨植入体包括含钙磷的生物陶瓷支架，以及水凝胶，所述水凝胶的一面通过生物胶水与所述含钙磷的生物陶瓷支架粘合在一起，其中，所述水凝胶的杨氏模量0.2～3MPa，含水量为60～80％；所述含钙磷的生物陶瓷支架的杨氏模量为1～20GPa，所述含钙磷的生物陶瓷支架上形成有多个孔洞，所述孔洞的孔径为200～600μm。优选地，所述凝胶和所述含钙磷的生物陶瓷支架的底面相同(形状、大小)。即，两者相粘合的部分相同，这样可便于两者更好地粘合在一起。优选地，所述水凝胶的形状、所述含钙磷的生物陶瓷支架的形状为圆柱体、长方体、或正方体，但不限于此。只要两者的底面一样即可。所述植入体呈现圆柱体、长方体、或正方体。进一步优选地，所述水凝胶的形状和所述含钙磷的生物陶瓷支架的形状均为圆柱体。优选地，所述水凝胶的厚度为0.1-5mm。水凝胶的厚度与软骨厚度相当，当所述凝胶-生物陶瓷植入体植入人体时，可以充当关节软骨损伤处的软骨，减少对损伤处的软骨下骨的磨损。进一步优选地，所述水凝胶的厚度为3-5mm。优选地，所述含钙磷的生物陶瓷支架的高度为1-15mm。优选地，所述植入体为圆柱体，其直径为1-10mm。进一步优选地，所述软骨植入体的直径为5-8mm。此时，构成所述软骨植入体的水凝胶、含钙磷的生物陶瓷支架的形状为圆柱体。优选地，所述含钙磷的生物陶瓷支架为三维多孔支架，其孔隙率为70-95％。在本专利技术一实施例中，所述含钙磷的生物陶瓷支架上形成有多个孔洞，孔洞的连通率大于97％。在本专利技术一实施例中，所述含钙磷的生物陶瓷支架上具有多个孔洞，所述孔洞的孔壁上形成有多个微孔，所述微孔的孔径为5～100微米，孔深1～50微米。所述含钙磷的生物陶瓷支架上存在贯通的、孔径适宜的大孔洞，在将所述软骨植入体植入人等实验对象时，可以供骨髓干细胞、成骨细胞和血管内皮细胞在支架中进行迁移、粘附、生长等。另外，孔壁上又能分布着孔径和孔深度适宜的大量微孔，能够为骨组织细胞的生长提供一个最为有利的环境，形成新的具有与缺损骨组织相同组织器官而实现缺损骨组织的修复。优选地，所述含钙磷的生物陶瓷支架为羟基磷灰石、磷酸八钙、磷酸三钙、磷酸钙或双相磷酸钙，但不限于此。所述含钙磷的生物陶瓷支架可以通过有机发泡和高温烧结的方法来制备，也可以通过致孔剂法、3D Plotting打印技术等来制备，制备方法不限，只要所述支架具备1～20GPa的弹性模量，支架上具有孔径为200～600μm的孔即可。进一步优选地，所述含钙磷的生物陶瓷支架为羟基磷灰石。本申请中，所述水凝胶的种类及制备方法不限，只要所述水凝胶具有一定的力学强度(杨氏模量0.2～3MPa)、一定含水量(60～80％)即可，所述水凝胶具有一定的生物相容性，毒性较小或无毒。优选地，所述水凝胶是由丙烯晴、亲水性单体、交联剂、引发剂、极性有机溶剂构成的反应体系经交联固化形成。优选是通过自由基聚合共聚而成。丙烯腈主要提供水凝胶中的刚性性能，使形成的所述水凝胶表现出较高的机械强度。进一步优选地，所述亲水性单体包括甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(MPC)、乙烯吡啶或乙酸乙烯酯。更优选为MPC，增加凝胶的保水性和生物相容性。进一步优选地，所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯。进一步优选地，所述引发剂为紫外光引发剂。更优选为UV固化光引发剂1-[4-(2-羟乙氧基)-亚苯基]-2-羟基-2’，2’-二甲基乙酮(Irgacure2959)。进一步优选地，所述极性有机溶剂包括二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或四氢呋喃。优选地，所述生物胶水包括α-氰基丙稀酸酯或血纤蛋白胶粘剂。也可以为其他医用粘结剂。本专利技术提供的凝胶-生物陶瓷的软骨植入体，为上下分层的结构，上层为高强度水凝胶，具有和软骨相似的力学性能，能够替代性地进行软骨替代修复，行使软骨的功能，防止炎症和受力对软骨及软骨下骨的进一步损失，减缓软骨退化的进程，延迟关节置换的年龄；下层为含钙磷的生物陶瓷支架，可以对水凝胶有支撑作用，且与承力部位的力学性能相匹配，含钙磷的生物陶瓷(例如羟基磷灰石)为骨的主要成分，在骨重建的过程中可嵌入软骨下骨中，逐渐与软骨下骨形成组织融合。所述软骨植入体不能被降解，可应用于承力部位的软骨缺损的软骨替代修复，具有良好的应用前景。本专利技术提供的所述凝胶-生物陶瓷植入体，为一种移植修复软骨的替代植入体，即不含细胞的人造假体移植，能够克服临床上软骨替代修复技术中自体骨软骨移植的供区来源有限和异体骨软骨移植的免疫反应等问题。同时，本技术可适用于微创手术，减轻病人手术的痛苦。另外与组织工程技术(将人体细胞种植到具有生物相容性的支架材料，待体外培养的自体软骨细胞在支架上增殖、分化到一定程度后，将其植入骨缺损部位)相比，本申请的所述植入体的制备更便捷。第二方面，本专利技术提供了一种用于软骨替代修复的凝胶-生物陶瓷软骨植入体的制备方法，包括以下步骤：(1)构建水凝胶，所述水凝胶的杨氏模量0.2～3MPa，含水量为60～80％；(2)构建含钙磷的生物陶瓷支架，所述含钙磷的生物陶瓷支架的弹性模量为1～20GPa，所述含钙磷的生物陶瓷支架上形成有多个孔洞，所述孔洞的孔径为200～600μm；(3)提供生物胶水，采用生物胶水将所述水凝胶的一面与所述含钙磷的生物陶瓷支架粘合在一起，得到凝胶-生物陶瓷软骨植入体。所述含钙磷的生物陶瓷支架可以通过有机发泡和高温烧结的方法来制备，也可以通过致孔剂法、3D Plotting打印技术等来制备，制备方法不限，只要所述支架具备1～20GPa的弹性模量，支架上具有孔径为200～600μm的孔即可。进一步优选地，所述含钙磷的生物陶瓷支架为羟基磷灰石。本申请中，所述水凝胶的种类及制备方法不限，只要所述水凝胶具有一定的力学强度(杨氏模量0.2～3MPa)、一定含水量(60～80％)即可，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于软骨替代修复的凝胶‑生物陶瓷软骨植入体，其特征在于，所述软骨植入体包括含钙磷的生物陶瓷支架，以及水凝胶，所述水凝胶的一面通过生物胶水与所述含钙磷的生物陶瓷支架粘合在一起，其中，所述水凝胶的杨氏模量0.2～3MPa，含水量为60～80％；所述含钙磷的生物陶瓷支架的杨氏模量为1～20GPa，所述含钙磷的生物陶瓷支架上形成有多个孔洞，所述孔洞的孔径为200～600μm。

【技术特征摘要】
1.一种用于软骨替代修复的凝胶-生物陶瓷软骨植入体，其特征在于，所述软骨植入体包括含钙磷的生物陶瓷支架，以及水凝胶，所述水凝胶的一面通过生物胶水与所述含钙磷的生物陶瓷支架粘合在一起，其中，所述水凝胶的杨氏模量0.2～3MPa，含水量为60～80％；所述含钙磷的生物陶瓷支架的杨氏模量为1～20GPa，所述含钙磷的生物陶瓷支架上形成有多个孔洞，所述孔洞的孔径为200～600μm。2.如权利要求1所述的软骨植入体，其特征在于，所述水凝胶的形状、所述含钙磷的生物陶瓷支架的形状为圆柱体、长方体、或正方体；所述凝胶和所述含钙磷的生物陶瓷支架的底面相同。3.如权利要求1所述的软骨植入体，其特征在于，所述水凝胶的厚度为0.1-5mm。4.如权利要求1所述的软骨植入体，其特征在于，所述含钙磷的生物陶瓷支架的高度为1-15mm。5.如权利要求1所述的软骨植入体，其特征在于，所述软骨植入体为圆柱体，其直径为1-10mm。6.如权利要求1所述的软骨植入...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓丽，吕维加，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44