[发明专利]一种组织工程骨软骨复合体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于软骨组织修复和组织工程领域。本发明提供了一种构建组织工程骨软骨复合 体的方法。具体而言，首先利用分层脱钙技术，制备以松质骨柱为主体、上层完全脱钙、下 层仅表面脱钙的组织工程骨软骨支架，然后借助上层完全脱钙松质骨基质框架结构，以纤维 蛋白原凝胶或藻酸凝胶作为软骨种子细胞的二级支架和分布载体，构建组织工程骨软骨复合 体。

背景技术

关节软骨的损伤及病变是常见疾患，且难以自身修复。组织工程软骨是最有希望的修复 方法。但目前关节软骨组织工程研究中存在以下问题亟待解决：(1)修复关节软骨的同时往 往还需修复软骨下骨。临床上单纯关节软骨的损伤比较少见，更多的是伴随软骨下骨的病变， 包括创伤引起的软骨下骨的缺损，骨软骨炎病变中软骨下骨的坏死，软骨退变后软骨下骨的 硬化、脂肪变等。因此在多数情况下，修复软骨的同时还需修复软骨下骨。(2)组织工程 关节软骨产品的固定问题未能有效解决。组织工程软骨的即时固定非常重要，如果不能很好 的固定，在关节应力(特别是剪力)的作用下，移植组织和早期修复组织与软骨下骨出现相 对位移，造成再生组织与周围正常软骨、软骨下骨交界区的应力集中，导致再生软骨交界区 整合不良，另外过度的剪切应力也可能会影响修复组织的质量。因此，需要即时固定组织工 程关节软骨，保护组织工程关节软骨免受有害应力，防止其出现脱落、撕裂。(3)现有的组 织工程软骨存在生物力学缺陷。大量研究表明，虽然以天然生物材料(如胶原、透明质酸、 藻酸、纤维蛋白胶等)为支架的工程软骨，修复效果优于化学合成支架，但是多数天然材料 支架生物力学性能差，不能提供工程软骨移植后的即时应力支撑，造成移植组织的有害应力 损害和周围软骨的异常应力集中，影响修复效果，引起周围软骨的退变。这一点在修复负重 区软骨缺损时尤为明显，这也是交界区整合不良的主要原因之一。(4)组织工程软骨与软骨 下骨间的整合较差。上述这些问题都会导致再生组织与周围软骨和软骨下骨的交界区整合不 良。

随着软骨组织工程研究的深入，上述问题逐渐被人们重视。由于骨愈合的速度比关节软 骨要容易得多，愈合的质量也好，因此，如果能构建一体化的工程骨软骨，早期依靠骨内支 架提供稳定性，从而解决工程软骨的固定问题，骨愈合后依靠软骨下骨的牢固愈合，提供并 保持其上面再生软骨的力学稳定性，获得更好的交界区整合，防止远期退变；而且结合 Mosaicplasty技术(关节骨软骨移植技术，用取自自体或异体的多个骨软骨塞，移植到关节 软骨缺损或病变区，以修复关节软骨)，则既有利于关节镜下操作，又可以获得更大面积的 修复。因此研究能同时修复关节软骨和软骨下骨的一体化的组织工程——骨软骨组织工程， 是软骨组织工程研究发展的必然趋势，也是目前研究的重点。

目前的组织工程骨软骨的支架一般由上、下两层组成，上层为软骨支架，下层为骨支架。 其双层支架构建方法主要是两类，下层一般为适于骨组织工程的支架材料如生物玻璃、硫酸 钙、羟基磷灰石、聚乳酸/羟基乙酸类或复合材料如聚醚醚酮/羟基磷灰石、胶原、羟基磷灰石 等，上层软骨支架材料一类是凝胶类，如藻酸钙凝胶、纤维蛋白胶、透明质酸凝胶等，或符 合天然材料如胶原/壳聚糖等，利用渗透作用与下层支架进行粘接，或利用冷冻干燥法将上层 软骨支架材料成分固定在下层成骨支架上；另一类表层支架则为聚乳酸/羟基乙酸类，通过溶 媒熔接或缝合的方法与下层支架连接。还有一类是利用胶原、壳聚糖、羟基磷灰石等材料， 通过三维打印的方式合成梯度材料，形成所谓功能性界面。

以上述天然凝胶样材料为上层软骨支架的复合骨软骨支架存在以下问题：①上层材料力 学性能差；②界面之间有力学缺陷，容易撕脱，抗剪力能力差；③凝胶类支架植入体内后吸 水变形，重新变成了凝胶样，软骨层力学性能进一步减弱；④操作相对复杂；⑤下层羟基磷 灰石降解慢，影响与周围骨的愈合。

上层为聚乳酸/羟基乙酸类物质的复合支架，由于聚乳酸类等化学合成材料降解易导致酸 性产物堆积，引起关节炎症反应，且其在生产过程中可能出现毒性有机物的残留，由于滑膜 关节的代谢缓慢，因此此类材料可能并不适于用于关节软骨组织工程支架。