骨‑软骨缺损一体化修复生物陶瓷支架及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及骨‑软骨缺损一体化修复生物陶瓷支架及其制备方法和用途，所述生物陶瓷支架包括：三维磷酸三钙陶瓷支架以及均匀分布于所述三维磷酸三钙陶瓷支架中的锰离子。本发明专利技术的生物陶瓷支架实现了关节炎骨软骨复合体缺损的软骨‑软骨下骨一体化修复的双向生物学功能。

Bone cartilage defect repair integrated bioceramic scaffold and its preparation and use

The present invention relates to bone cartilage defect repair integrated bioceramic scaffold and a preparation method and usage of the ceramic scaffolds include 3D tricalcium phosphate ceramic scaffold and evenly distributed in the three-dimensional tricalcium phosphate ceramic scaffold in manganese ion. Ceramic scaffolds of the invention realizes bidirectional biological function of arthritis osteochondral defect cartilage subchondral bone integration repair.

【技术实现步骤摘要】
骨-软骨缺损一体化修复生物陶瓷支架及其制备方法和用途
本专利技术涉及一种新型的双功能生物陶瓷支架及其制备方法和用途，属生物材料领域。
技术介绍
骨-软骨复杂组织又称骨软骨复合体，包括关节软骨和软骨下骨[1]，软骨和软骨下骨是一个整体，二者相互依赖、不可分割[2]。引起关节软骨缺损的因素众多，如创伤、疾病、先天性畸形、老龄化及运动不当等，由于软骨组织自身生理特点，导致关节软骨自身修复能力极差，故软骨发生损伤时常引起关节功能障碍并累及软骨下骨[3-7]。在修复软骨缺损的同时，必须高度重视软骨下骨与关节软骨关系，力求做到同一时间、一体化的修复骨软骨复合体。在外科手术中，骨软骨复合体修复方法通常采用骨髓刺激术和人工材料植入，骨髓刺激术虽然操作简单，对于小面积损伤的治疗结果相对比较满意，且在临床上被广泛应用，然而，软骨磨蚀、骨髓刺激等愈合形成的纤维软骨组织的机械性能和弹性模量都逊色于天然骨软骨复合体，且容易退化[8]。目前，人工材料植入材料按主要成分可以分成高分子聚合物，金属及生物陶瓷，高分子聚合物的机械强度不能满足骨软骨复合体的需求，且其生物相容性较差；金属如钛及钛合金，固然能满足骨软骨复合体的机械强度要求，且生物相容性较前者好，释放的微量金属离子可促进修复[9,10]，但其降解性能差，长期存在体内会引发炎症而导致手术失败。因此，如何开发具有软骨-软骨下骨一体化修复的双功能特性生物陶瓷支架材料仍极具挑战。前期研究表明，磷酸三钙具有良好的体外及体内生物活性，主要表现在以下某个或某些方面：在体液环境中可以诱导类骨磷灰石的形成；对多种干细胞具有诱导或促进其成骨分化的功能；在体内表现出良好的降解性和成骨、成血管化能力[11-13]。然而，磷酸三钙不具备软骨修复功能，无法用于关节软骨缺损的修复。现有技术文献：[1]KazunoriS.,YuM.,ChristopherD.M.,etal.Osteochondraltissueengineeringwithbiphasicscaffold:currentstrategiesandtechniques[J].TissueEngineering:PartB,2014；20(5):468-476.[2]MadryH.,vanDijkC.,Mueller-GerblM,etal.Thebasicscienceofthesubchondralbone[J].KneeSurgSportsTraumatolArthrosc,2010；18(4):419-433.[3]MarkB.H.,MichaelD.B.,LisaA.F.,etal.PreclinicalStudiesforCartilageRepair:RecommendationsfromtheInternationalCartilageRepairSociety[J].Cartilage,2011；2(2):137-152.[4]RudertM.Histologicalevaluationofosteochondraldefects:considerationofanimalmodelswithemphasisontherabbit,experimentalsetup,follow-upandappliedmethods[J].CellsTissuesOrgans,2002；171(4):229-240.[5]FroschK.H.,DrengkA.,KrauseP.,etal.Stemcell-coatedtitaniumimplantsforthepartialjointresurfacingoftheknee[J].Biomaterials,2006；27(12):2542-2549.[6]ShaoX.X.,HutmacherD.W.,HoS.T.,etal.Evaluationofahybridscaffold/cellconstructinrepairofhigh-load-bearingosteochondraldefectsinrabbits[J].Biomaterials,2006；27(7):1071-1080.[7]GhoshS.,VianaJ.C.,ReisR.L.,etal.Bi-layeredconstructsbasedonpoly(L-lacticacid)andstarchfortissueengineeringofosteochondraldefects[J].MaterSciEngC,2008；28(1):80-86.[8]WilliamsRJ3rd,HarnlyH.W.Microfracture:indications,technique,andresults[J].InstrCourseLect,2007；56:419-428.[9]YuanxunZ.,FengC.,DeyiL.,etal.InvestigationofElementalContentDistributioninFemoralHeadSlicewithOsteoporosisbySRXRFMicroprobe[J].BiologicalTraceElementResearch,2005；103:177-185.[10]BalB.S.,RahamanM.N.,Jayabalan,P.,etal.Invivooutcomesoftissue-engineeredosteochondralgrafts[J].BiomedMaterResBApplBiomater,2010；93:164-172.[11]MooreW.R.,GravesS.E.,BainG.I.Syntheticbonegraftsubstitutes[J].ANZJSurg.2001；71:354-61.[12]MertzW..Theessentialtraceelements[J].Science.1981；213:1332-8.[13]CarlisleE.M..Silicon:anessentialelementforthechick[J].Science.1972；178:619-21.。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种具有软骨-软骨下骨缺损修复功能的生物陶瓷支架及其制备方法和用途。本申请一方面提供一种生物陶瓷支架，其包括：三维磷酸三钙陶瓷支架以及均匀分布于所述三维磷酸三钙陶瓷支架中的锰离子，例如二价锰离子。根据上述专利技术，将锰离子引入到三维磷酸三钙生物陶瓷支架中，其中锰离子能够诱导细胞的低氧压(Hypoxia)，激活软骨细胞中HIF-1α信号通路，促进软骨细胞增殖、分化，并诱发关节炎软骨细胞的自噬机制，保护软骨细胞，因此本专利技术的生物陶瓷支架实现了关节炎骨软骨复合体缺损的软骨-软骨下骨一体化修复的双向生物学功能。本专利技术的生物陶瓷支架在体外具有优异的生物活性，在动物体内具有软骨-软骨下骨一体化修复的性能，是一种潜在的双功能硬组织生物活性植入材料。具体而言，支架中释放的单独锰离子可以促进软骨增殖分化及通过激活自噬保护关节炎的软骨细胞；此外，锰离子还可以与钙离子协同促进骨髓间充质干细胞向成骨分化及促进骨修复，单独的锰离子和单独本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物陶瓷支架，其特征在于，包括：三维磷酸三钙陶瓷支架以及均匀分布于所述三维磷酸三钙陶瓷支架中的锰离子。

【技术特征摘要】
1.一种生物陶瓷支架，其特征在于，包括：三维磷酸三钙陶瓷支架以及均匀分布于所述三维磷酸三钙陶瓷支架中的锰离子。2.根据权利要求1所述的生物陶瓷支架，其特征在于，锰离子与钙离子的摩尔比为（0.01～0.1）：1，优选为（0.025～0.1）：1。3.根据权利要求1或2所述的生物陶瓷支架，其特征在于，所述生物陶瓷支架的抗压强度为6～16MPa。4.一种权利要求1至3中任一项所述的生物陶瓷支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）通过共沉淀法合成含有锰离子的磷酸三钙陶瓷粉体；以及（2）以含有锰离子的磷酸三钙陶瓷粉体为原料，通过三维打印技术制备出所述生物陶瓷支架。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，含有锰离子的磷酸三钙陶瓷粉体通过如下方法制备：在含有钙源、磷源和锰源的混合溶液中，加入碱调节pH值为7.4～7.7，充分搅拌12～36小时，分离出固体、洗涤、干燥，得到前驱粉体；将所得前驱粉体在600～900℃烧结3～5小时，制得含有锰离子的磷酸三钙陶瓷粉体。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钙源为可溶性钙盐，优选硝酸钙；所述磷源为可溶性磷酸盐，优选磷酸氢二铵；所述锰源为可溶性锰盐，优选氯化锰和/或其水合物、硝酸锰和...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴成铁，邓翠君，常江，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31