[发明专利]三维多孔组织工程支架材料、其纤维粘结法制备及应用

说明书

技术领域

本发明属组织工程支架材料及制备领域，特别涉及一种三维多孔组织工程支架材料、其纤维粘结法制备及应用。

背景技术

日常生活中，人体组织和器官的缺失或功能衰竭非常常见，对人们健康和生命构成了严重的威胁。长久以来人类不断地探索和研究利用材料和生物技术改善自身健康水平。传统的治疗方法包括组织和器官移植、外科重建、药物治疗、采用人造代用品和机械装置治疗等，但是这几种方法均有其明显的不足。进入20世纪90年代，随着细胞生物学、分子生物学、材料科学及相关物理化学学科的发展，组织工程作为一种崭新的治疗手段被提出，并逐渐成为一种非常有希望的器官再造和组织再生的医疗手段。其基本原理是【Langer R，Vacanti J P.Tissue Engineering.Science，1993，260(5110)：920】，将体外培养的组织细胞吸附扩增于一种生物相容性良好并可被人体逐步降解吸收的生物材料上，形成细胞—生物材料复合物。该生物材料为细胞提供一个生存的三维空间，有利于细胞获取足够的营养物质，进行营养物质交换，并能排除废物，使细胞能在按照预制设计的三维形状支架上生长。然后将此细胞—生物材料复合体植入机体组织的病损部位。种植的细胞在生物支架逐步降解吸收过程中，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。这种具有生命力的活体组织能对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。

因此在组织工程支架材料的研究中，重点在生物可降解材料的选用和多孔支架的制备。在生物可降解材料的选用中，脂肪族聚酯是最有发展前景的一种。目前，已商品化的脂肪族聚酯主要有聚乳酸(PLA)、聚乙交酯(PGA)、聚己内酯(PCL)和聚羟基烷酸酯(PHAs)，但因其价格高、力学性能差、加工性能差或者临床应用上的一些缺点限制了它们的使用范围。至今还没有一个单一的生物材料可以满足组织工程对支架材料的所有需求，这就要综合现有生物材料的优点，将其有机地融合在一起，才能制备出具有生物相容性、有足够的空间和性能支持、引导并组织细胞成长，能支持组织内生长和保证体内降解产物无毒等性能的组织工程支架。目前国内外用于制备多孔支架材料的方法主要有溶剂浇铸/粒子沥滤法、纤维粘结法、气体发泡法、相分离/乳化法、冷冻干燥法等。

组织工程出现至今，已有大量的支架材料用于修复骨、软骨、皮肤、肌腱、神经、血管、肝脏、胰腺等各种组织和器官。其中以骨和软骨的研究最多，以皮肤的研究最成功。Goh等制备了孔径160～700μm、孔隙率48～77％的类似蜂巢状的PCL多孔材料，负载不同剂量药物的PCL支架材料植入兔子下皮细胞，2～4周后即可长出大量的软骨细胞，6周后形成了初步的软骨组织【Goh JCH，Shao XX，Hutmacher DW，et al.Tissue engineering approach toosteochondral repair andregeneration.Journal of Mechanics in Medicine a-nd Biology，2004，4(4)：463-483】。刘华国等采用冷冻干燥/粒子沥滤复合法制备聚己内酯(PCL)多孔支架，研究结果表明，复合法制备的PCL支架具有孔隙率高(86％)，孔隙结构均匀、孔隙连通性好、孔径可控等特点，支架结构可以通过调整预冷冻温度和造孔剂粒径进行控制【刘华国，王迎军等.冷冻干燥/粒子沥滤复合法制备聚己内酯组织工程支架.材料导报，2007，21(2)：125-131】。S.-J.Shieh等人用蔗糖制备形状模板，采用溶剂浇铸/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【Shy-Jou Shieh，Schinichi Terada，Joseph P.Vacanti.Tissue engineering auricular reconstruction：in vitro and in vivo studies.Biomaterials，2004，(25)：1545-1557】。K.Fujihara等人利用PCL/CaCO₃以75∶25、25∶75(w/w)的比例进行共混静电纺丝并种植造骨细胞，MTS分析发现以75∶25比例纺丝形成的纳米纤维膜的吸光度与常规培养板相同，表明具有良好的粘附和增殖效果【K.Fujiharaa，M.Kotakib，S.Ramakrishna.Guided bone regeneration membrane made of polycaprolactone/calciumcarbonate composite nano-fibers.Biomaterials，2005，(26)：4139-4147】。Teoh等人采用PCL或PCL/HA长丝纤维，通过一种快速成型技术—熔融沉积法(FDM)制备三维多孔组织工程载体材料，用于骨和软骨组织工程【Teoh，Swee Hin，Hutmacher，et al.Methods for fabricatinga filament for use in tissue engineering.USP-6,730,252.May 4，2004.】。