專利名稱：一種用于硬組織修復(fù)的含水凝膠/納米羥基磷灰石復(fù)合支架的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種用于硬組織修復(fù)的水凝膠/羥 基磷灰石復(fù)合支架的制備方法。
背景技術(shù)：
1993年，Langer和Vacanti提出，組織工程的基本含義是應(yīng)用工程學(xué)和生命科學(xué) 的基本原理和技術(shù)，在體外構(gòu)建具有生物功能的替代物，用于修復(fù)組織缺損，替代失去功能 或衰竭的組織、器官的部分或全部功能。骨組織工程支架材料則是一類研究開發(fā)修復(fù)和改 善損傷骨組織形態(tài)和功能的生物替代物的一門學(xué)科。骨組織工程一方面作為種子細(xì)胞和生 長因子的載體將其運(yùn)送到缺損部位，另一方面還給新生骨提供制成的作用，好的骨支架必 須在力學(xué)性能、誘導(dǎo)再生性能、安全性能等都有適當(dāng)保證。然而目前的骨組織支架性能還比 較欠缺，離實(shí)際應(yīng)用還有較大差距，除了材料本身性能與人體骨性能差距較大外，骨組織工 程血管化不足也是一個(gè)重要原因。體外構(gòu)建的細(xì)胞_支架復(fù)合物植入人體后，周邊的細(xì)胞可依靠滲透作用植入組織 床獲得營養(yǎng)和氧氣，但距支架邊緣200 μ m以上的細(xì)胞卻存在營養(yǎng)供應(yīng)不足，必須得到血運(yùn) 系統(tǒng)重建存活。而且，血液中的生長因子或促生長物質(zhì)可刺激干細(xì)胞成熟分化，促進(jìn)組織形 成。在骨愈合過程中，礦物質(zhì)的沉積也需要充足的血運(yùn)，因此，組織工程骨的血管化對(duì)缺損 骨修復(fù)具有非常重要的意義。目前，促進(jìn)組織工程血管化的方法主要有聯(lián)合細(xì)胞培養(yǎng)、生長因子應(yīng)用、纖維外科 血供重建。其中，支架材料的三維多孔結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、降解特性、孔表面粗糙度、表面修飾 等特性也在較大程度上影響細(xì)胞的遷入、貼附和新生血管的走向、數(shù)量、密度。除此之外，目前的骨支架材料具有不同規(guī)則、各向同性的孔隙結(jié)構(gòu)以及相對(duì)較低 的孔隙貫通性，使新生骨組織往往在支架的外緣形成，組織了細(xì)胞滲透到支架內(nèi)部，妨礙了 支架內(nèi)部體液的相互交換，最終導(dǎo)致支架內(nèi)部長入組織的壞死。
因?yàn)橹Ъ懿牧闲阅軐?duì)于骨血管化形成意義重大，并決定了骨組織工程修復(fù)的效果，所 以需要一種新的支架制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種用于硬組織修復(fù)的水凝膠/羥基磷灰石復(fù)合支架的制 備方法。從選材和制備工藝上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，解決了材料性能不足、血管化難形成、組織難 以滲透到支架內(nèi)部等缺點(diǎn)。本發(fā)明提出的一種用于硬組織修復(fù)的水凝膠/羥基磷灰石復(fù)合支架的制備方法， 具體步驟如下
(1)制備小血管配置血管原料溶液后，進(jìn)行靜電紡絲，靜電紡絲參數(shù)為電壓16-18kv， 轉(zhuǎn)速500-600r/min，高度10_12cm，制備直徑為0. 5_2mm的小血管，切成長度為2cm的小段；
3(2)制備含有預(yù)留通道的可降解三維支架材料配置可降解聚合物溶液，鹽濾致孔，加 入步驟(1)所得的小血管熱壓成型，得到含有預(yù)留通道的可降解三維支架材料；
(3)含超分子水凝膠的可降解三維支架材料的制備先將α-環(huán)糊精和納米羥基磷灰 石組分混合，超聲15分鐘，與水溶性聚合物混合，立即注入步驟(2)所得的支架材料的預(yù)留 通道中，3分鐘后，完全凝膠，形成預(yù)留通道中含有超分子水凝膠的可降解三維支架材料；
其中，納米羥基磷灰石、α-環(huán)糊精混合水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%_10%，納米羥基磷灰石 與α -環(huán)糊精混合的質(zhì)量比為1:25-50，水溶性聚合物的質(zhì)量濃度為5%_15%，水溶性聚合物 與α-環(huán)糊精和納米羥基磷灰石混合溶液的體積比為1:3 ；
(4)含有生長因子的三維支架的制備將步驟(3)得到的含超分子水凝膠的可降解三 維支架材料浸沒在含有生長因子的溶液中5分鐘，即得所需產(chǎn)物，可植入骨缺損位置進(jìn)行 骨修復(fù)。本發(fā)明中，步驟(1)所述的血管原料溶液為膠原、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)或 聚己內(nèi)酯(PCL)中的一至幾種溶解在六氟異丙醇中制得，其中質(zhì)量比各為膠原聚乳酸為 3:7，膠原聚乳酸聚乙醇酸為2:7:1，聚乳酸聚己內(nèi)酯為5:5。本發(fā)明中，步驟(2)所述的可降解聚合物溶液為質(zhì)量比為3:7或5:5或1:9的聚 乳酸/聚己內(nèi)酯。本發(fā)明中，步驟(3)所述的水溶性聚合物聚己內(nèi)酯聚乳酸的六臂星型聚合物、聚 乙二醇-聚己內(nèi)酯_聚乙二醇三嵌段共聚物或聚乳酸聚羥基乙酸中的一種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于因?yàn)檫@種預(yù)留通道中植入含有納米羥 基磷灰石水凝膠的三維多孔可降解支架材料使用時(shí)占有生長因子，使得支架材料的組成、 性質(zhì)、形狀更適合于骨表面血管化形成，同時(shí)設(shè)計(jì)含有水凝膠的預(yù)留通道，新生細(xì)胞和養(yǎng)分 可以通過預(yù)留通道中的水凝膠進(jìn)入支架內(nèi)側(cè)，從而更好的完成骨缺損的修復(fù)，而且含有納 米羥基磷灰石在水凝膠降解過程中釋放，可以更好的誘導(dǎo)骨生成，本發(fā)明的骨修復(fù)效果相 比于其他骨修復(fù)材料明顯提高。力學(xué)性能、血管化功能和骨修復(fù)功能都比普通的骨修復(fù)材 料效果明顯。


圖1是被生長因子修飾的含小血管的超分子水凝膠支架示意圖。1是由α -CD和聚 合物組成的超分子水凝膠，2是修飾在小血管和超分子水凝膠表面的用于促進(jìn)組織修復(fù)的 生長因子，3是用于促進(jìn)骨組織分化的羥基磷灰石，4是分散在超分子水凝膠中的小血管。圖2是實(shí)施例1以小血管作為預(yù)留通道的復(fù)合支架環(huán)境掃描電鏡圖(放大倍率 100 倍)。圖3是實(shí)施例1以小血管作為預(yù)留通道的復(fù)合支架環(huán)境掃描電鏡圖(放大倍率 500 倍)。圖4是實(shí)施例2以小血管作為預(yù)留通道的三維支架材料的縱截面環(huán)境掃描電鏡圖 (放大倍率100倍)。圖5是實(shí)施例2以小血管作為預(yù)留通道的三維支架材料的縱截面環(huán)境掃描電鏡圖 (放大倍率200倍)。圖6是以小血管作為預(yù)留通道的三維支架材料圖片。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1.
第一步將濃度為8%膠原和PLA按質(zhì)量比為1:2溶解在六氟異丙醇中，待完全溶解后， 靜電紡絲，紡絲參數(shù)為電壓18kv，轉(zhuǎn)速為500r/min，高度為10cm，制備直徑為0. 5mm的小 血管，切成長度為2cm的小段，備用；
第二步將PLA和PCL按1 1的質(zhì)量比混合，氯仿溶解后加入氯化鈉，放置lh，鹽濾致 孔，加入小血管熱壓成型，得到含有預(yù)留通道的可降解三維支架材料；
第三步將Ig可降解水溶性聚合物PEG2000溶解在IOml水中，將0. Ig α -環(huán)糊精和 0. 005g納米羥基磷灰石溶解在IOml水中，超聲分散15分鐘，將兩種溶液按1:1體積比混 合，立即注入支架材料的預(yù)留通道中，3分鐘后，完全凝膠，形成預(yù)留通道中含有超分子水凝 膠的可降解三維支架材料。第四步將第三步得到的預(yù)留通道中注入超分子水凝膠的可降解三維支架材料浸 沒在含有生長因子的溶液中5分鐘，即可植入骨缺損位置，進(jìn)行骨修復(fù)。圖2、圖3分別是放大倍數(shù)為100和500的以小血管作為預(yù)留通道的復(fù)合支架的環(huán) 境掃描電鏡圖片。圖片說明了小血管在熱壓過程中保持了較好的形態(tài)，并且形成了暢通的 預(yù)留通道。實(shí)施例2
第一步將濃度為8%膠原和PLA按質(zhì)量比為1:3溶解在六氟異丙醇中，待完全溶解后， 靜電紡絲，紡絲參數(shù)為電壓16kv，轉(zhuǎn)速為600r/min，高度為12cm，制備直徑為1. Omm的小 血管，切成長度為2cm的小段，備用；
第二步將PLA和PCL按1 1的質(zhì)量比混合，氯仿溶解后加入氯化鈉，放置lh，鹽濾致 孔，加入小血管熱壓成型，得到含有預(yù)留通道的可降解三維支架材料；
第三步將Ig可降解水溶性聚合物PEG2000溶解在IOml水中，將0. Ig α -環(huán)糊精和 0. 005g納米羥基磷灰石溶解在IOml水中，超聲分散15分鐘，將兩種溶液按1:1體積比混 合，立即注入支架材料的預(yù)留通道中，3分鐘后，完全凝膠，形成預(yù)留通道中含有超分子水凝 膠的可降解三維支架材料。第四步將第三步得到的預(yù)留通道中注入超分子水凝膠的可降解三維支架材料浸 沒在含有生長因子的溶液中5分鐘，即可植入骨缺損位置，進(jìn)行骨修復(fù)。圖4、圖5分別是放大倍數(shù)為100和200倍的以小血管作為預(yù)留通道的三維支架材 料的縱截面環(huán)境掃描電鏡圖，說明了小血管在支架中的并未發(fā)生坍塌堵塞現(xiàn)象，能夠較好 的發(fā)揮預(yù)留通道的作用。實(shí)施例3
第一步將濃度為8%膠原和PLA按質(zhì)量比為1:2溶解在六氟異丙醇中，待完全溶解后， 靜電紡絲，紡絲參數(shù)為電壓18kv，轉(zhuǎn)速為500r/min，高度為10cm，制備直徑為0. 5mm的小 血管，切成長度為2cm的小段，備用；
第二步將PLA和PCL按1 2的質(zhì)量比混合，氯仿溶解后加入氯化鈉，放置lh，鹽濾致 孔，加入小血管熱壓成型，得到含有預(yù)留通道的可降解三維支架材料；第三步將Ig可降解水溶性聚合物PEG-PCL-PEG溶解在IOml水中，將0. Ig α -環(huán)糊 精和0. 005g納米羥基磷灰石溶解在IOml水中，超聲分散15分鐘，將兩種溶液按1:1體積 比混合，立即注入支架材料的預(yù)留通道中，3分鐘后，完全凝膠，形成預(yù)留通道中含有超分子 水凝膠的可降解三維支架材料。第四步將第三步得到的預(yù)留通道中注入超分子水凝膠的可降解三維支架材料浸 沒在含有生長因子的溶液中5分鐘，即可植入骨缺損位置，進(jìn)行骨修復(fù)。實(shí)施例4
第一步將濃度為8%PCL、PLA、膠原按質(zhì)量比為1:1:1溶解在六氟異丙醇中，待完全溶 解后，靜電紡絲，紡絲參數(shù)為電壓18kv，轉(zhuǎn)速為500r/min，高度為10cm，制備直徑為0. 5mm 的小血管，切成長度為2cm的小段，備用；
第二步將PLA和PCL按1 1的質(zhì)量比混合，氯仿溶解后加入氯化鈉，放置lh，鹽濾致 孔，加入小血管熱壓成型，得到含有預(yù)留通道的可降解三維支架材料；
第三步將Ig可降解水溶性聚合物PLGA溶解在IOml水中，將0. Ig α-環(huán)糊精和 0. 005g納米羥基磷灰石溶解在IOml水中，超聲分散20分鐘，將兩種溶液按1 1體積比混 合，立即注入支架材料的預(yù)留通道中，3分鐘后，完全凝膠，形成預(yù)留通道中含有超分子水凝 膠的可降解三維支架材料。第四步將第三步得到的預(yù)留通道中注入超分子水凝膠的可降解三維支架材料浸 沒在含有生長因子的溶液中10分鐘，即可植入骨缺損位置，進(jìn)行骨修復(fù)。
權(quán)利要求
一種用于硬組織修復(fù)的水凝膠/羥基磷灰石復(fù)合支架的制備方法，其特征在于具體步驟如下(1)制備小血管配置血管原料溶液后，進(jìn)行靜電紡絲，靜電紡絲參數(shù)為電壓16 18kv，轉(zhuǎn)速500 600r/min，高度10 12cm，制備直徑為0.5 2mm的小血管，切成小段，備用；(2)制備含有預(yù)留通道的可降解三維支架材料配置可降解聚合物溶液，鹽濾致孔，加入步驟(1)所得的小血管熱壓成型，得到含有預(yù)留通道的可降解三維支架材料；(3)含超分子水凝膠的可降解三維支架材料的制備先將α 環(huán)糊精和納米羥基磷灰石組分混合，超聲15分鐘，與水溶性聚合物混合，注入步驟(2)所得的支架材料的預(yù)留通道中，3分鐘后，完全凝膠，形成預(yù)留通道中含有超分子水凝膠的可降解三維支架材料；其中，納米羥基磷灰石、α 環(huán)糊精混合水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5% 10%，納米羥基磷灰石與α 環(huán)糊精混合的質(zhì)量比為1:25 150，水溶性聚合物的質(zhì)量濃度為5% 15%，水溶性聚合物與α 環(huán)糊精和納米羥基磷灰石混合溶液的體積比為1:3；(4)含有生長因子的三維支架的制備將步驟(3)得到的含超分子水凝膠的可降解三維支架材料浸沒在含有生長因子的溶液中5分鐘，即得所需產(chǎn)物，可植入骨缺損位置進(jìn)行骨修復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于硬組織修復(fù)的水凝膠/羥基磷灰石復(fù)合支架的制備 方法，其特征在于步驟(1)所述的血管原料溶液為膠原、聚乳酸、聚乙醇酸或聚己內(nèi)酯中的 一至幾種溶解在六氟異丙醇中制得，其中質(zhì)量比各為膠原聚乳酸為3:7，膠原聚乳酸 聚乙醇酸為2:7:1，聚乳酸聚己內(nèi)酯為5:5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于硬組織修復(fù)的水凝膠/羥基磷灰石復(fù)合支架的制 備方法，其特征在于步驟(2)所述的作為三維支架的可降解聚合物溶液為質(zhì)量比為3:7或 5:5或1:9的聚乳酸/聚己內(nèi)酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于硬組織修復(fù)的水凝膠/羥基磷灰石復(fù)合支架的制備 方法，其特征在于步驟(3)所述的水溶性聚合物為聚己內(nèi)酯聚乳酸的六臂星型聚合物、聚 乙二醇-聚己內(nèi)酯_聚乙二醇三嵌段共聚物或聚乳酸聚羥基乙酸中的一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種用于促進(jìn)硬組織修復(fù)的水凝膠/羥基磷灰石復(fù)合支架的制備方法，具體步驟有靜電紡絲法制備小血管；利用熱壓/鹽析的方法制備以小血管為預(yù)留通道內(nèi)壁的可降解三維支架材料；將以環(huán)糊精和三嵌段聚合物以及納米羥基磷灰石形成的可注射超分子水凝膠注入預(yù)留通道中；將所得到的支架放入生長因子培養(yǎng)液中浸泡，修飾。本發(fā)明制得的支架材料的組成、性質(zhì)、形狀更適合于骨表面血管化形成，新生細(xì)胞和養(yǎng)分可以通過預(yù)留通道中的水凝膠進(jìn)入支架內(nèi)側(cè)，誘導(dǎo)骨生成，從而更好的完成骨缺損的修復(fù),本發(fā)明的骨修復(fù)效果相比于其他骨修復(fù)材料明顯提高，力學(xué)性能、血管化功能和骨修復(fù)功能都比普通的骨修復(fù)材料效果明顯。
文檔編號(hào)A61L27/14GK101954118SQ201010504838
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者任天斌, 馮玥, 李蘭 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)