[发明专利]一种三维多孔组织工程载体材料及制备和应用

说明书

技术领域

本发明属生物组织工程载体材料及制备和应用领域，特别是涉及一种三维多孔组织工程载体材料及制备和应用。

背景技术

组织和器官的丧失或功能障碍是人类健康所面临的主要危害之一，也是人类疾病和死亡的最主要原因之一。而传统的自体移植、异体移植以及人工代用品虽然显示了良好的治疗效果，但其存在的免疫排斥、供体来源受限或需要二次手术等缺陷限制了它们的应用。近年来，一个理想的策略就是人工培养组织和器官，随即提出了“组织工程”的概念，其基本方法就是Langer R，Vacanti J P.Tissue Engineering.Science，1993，260(5110)：920中提出的：将体外培养的高浓度组织细胞吸附扩增于一种生物相容性良好并且可以被人体逐步降解吸收的生物材料上，形成细胞“生物复合物”；然后将此细胞“生物材料复合物”植入肌体组织的病损部位，种植的细胞在生物载体材料逐步降解的过程中，继续增殖并分泌基质，形成新的具有与自身功能和形态相应的组织和器官。因而，这种生物可降解材料作为细胞的载体，提供了新组织生长的支架，是人工培养组织和器官的关键。

目前，应用于组织工程载体的生物材料已有很多种，主要包括天然高分子材料，如甲壳质、胶原等和合成高分子材料，如PLA、PGA、PGLA和PHB等，但这些材料大多存在各自不同的缺陷，难以满足临床应用的高要求。例如，天然高分子通常缺乏必要的空间结构和机械强度；而PLA和PGA类材料则普遍存在降解速度太快导致无菌性炎症反应等问题。制备载体材料的方法目前也有很多种，包括纤维粘接法、溶剂浇铸——粒子沥滤法、气体致孔法、化学发泡法、烧结微球法、冻干法和三维打印技术等。

由于组织工程的研究尚属于起步阶段，国内外相关于组织工程载体材料的制备方面的文献及专利报道还不多。随着近年来组织工程逐渐成为研究热点，已有许多动物试验阶段的成功报道见诸文献。一些研究者将聚己内酯应用于组织工程载体材料的制备中，但采用的制备方法各有不同，例如：G.Torun Kose等人采用PHBV为材料，结合溶剂浇铸/粒子沥滤法，制得孔径为75-300μm或300-500μm三维多孔组织工程载体材料；S.-J.Shieh等人用蔗糖制备形状模板，然后结合溶剂浇铸/粒子沥滤法，制得耳状PCL和PHB材料的软骨组织工程载体材料，并研究了其在裸鼠体内的生物特性；Wan-Ju Li等人用静电纺丝制备PCL纳米纤维，然后采用PCL纳米纤维制备纳米纤维多孔支架(NFS)；国内任杰等人申请的专利《组织工程多孔支架制备方法》，申请号200410025456.X，公开号CN1711977A中提出将聚乳酸共聚物颗粒放在模具中热压成型，室温下将成型的聚乳酸共聚物放到高压CO₂气体中机械饱和，采用气体膨胀法制备多孔支架；任磊等人申请的专利《一种三维多孔组织工程支架材料及其制备方法》，申请号200410094895.6，公开号CN1613514A中提出由胶原/壳聚糖/GPSM/硝酸钙共混材料通过冷冻干燥法制备骨和软骨组织工程支架材料。显然，目前采用PHBV/PCL为生物材料，通过纤维熔结法来制备组织工程载体材料的方法国内外未有同类或相似专利或文献报道。

本发明采用高聚物共混熔融纺丝与纤维熔结法结合制备组织工程载体材料，纤维熔融粘结法是利用聚羟基丁酸戊酸酯/聚己内酯(PHBV/PCL)共混物中聚己内酯熔点较低这一特点，首先将纤维放置于特定模型中堆积成型，再用真空烘箱精确控制加热温度，使纤维交叠处粘结形成三维多孔结构。这样不仅使载体材料一次成型，而且可获得较高的孔隙率。由于PHBV和PCL都具备良好的生物相容性、可控调节的降解速度，因而可适用骨、软骨等多种组织工程的临床需要。本发明在制备过程中避免了目前诸多方法中采用有机溶剂的缺点，同时相比于一些快速成型技术具有设备简便，工艺易控的特点。本发明的技术关键是两种高聚物共混纺丝工艺的确定，以及一定直径与长度的纤维材料和特定的加热温度及时间相对应关系的确定。

发明内容

本发明的目的在于针对现有生物材料和制备方法的不足，研制一种具备良好生物相容性、降解速率和组织再生相匹配的组织工程载体材料，以适应不同器官组织修复的需求。

本发明的一种三维多孔组织工程载体材料，为三维多孔结构，内部孔结构均匀、三维贯通程度在90％以上，孔径在50～500μm，孔隙率为65～90％间变化。制备原料可以采用两种可生物降解的聚合物——聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)、聚己内酯(PCL)。

本发明的一种三维多孔组织工程载体材料的制备方法，包括以下步骤：