[发明专利]一种骨软骨修复梯度活性支架材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，尤其是一种骨软骨修复梯度活性支架材料及其制备方法与应用。

背景技术

关节骨软骨缺损在临床上十分常见，常常导致患者出现关节疼痛、活动受限，诱发骨关节炎，甚至导致肢体功能障碍和残缺，严重影响患者的生活质量，已成为目前肢体残障的主要原因之一。但成人关节软骨缺乏直接的血液供应和神经支配，并有代谢率低的生理特性，自身修复能力极差，直径＞2mm的软骨缺损几乎不能完全修复，如果合并软骨下骨缺损治疗更为困难。临床应用的治疗骨软骨损伤的方法都存在明显的缺点：(1)口服药物、关节腔内注射透明质酸、关节灌洗术和清理术等，只能起到缓解症状，延缓病情进展的作用，不能修复已损伤的软骨及软骨下骨。(2)钻孔术、微骨折术等手术可利用经髓腔自然渗透到钻孔区的、未经过特殊处理的少量MSCs修复缺损，但其刺激所新生成的是疤痕组织和以I型胶原为主的纤维软骨，不具备正常关节软骨的生物力学性能，远达不到关节软骨力学的需要。(3)自体软骨细胞移植或自体骨软骨块嵌合移植，获得了一定的治疗效果，但取材来源有限，供体不足，软骨细胞扩增能力欠佳及对供区造成伤害，留下疤痕等原因大大限制了其应用。(4)同种异体骨软骨移植，虽然可以提供相应位置的供体材料，但存在免疫排斥反应、供体受体融合不完全、软骨分离等弊端，且面临疾病传播的风险。

软骨损伤后理想的治疗效果是在损伤局部形成持久的、具有良好生物学性能的新生透明软骨，软骨下骨缺损则需要在缺损部位形成具有良好生物力学性能的新生软骨下骨组织，与周围正常组织结合为一体并能为软骨提供支撑。组织工程技术，可以利用少量的一种或多种细胞复合到单层或复层具有良好生物学性能的支架上构建出合适形状和大小的组织工程骨软骨复合体，有效克服了自体骨软骨移植中供体不足、软骨细胞扩增能力欠佳的限制，避免异体骨-软骨移植免疫排斥等问题产生的优点，为骨软骨损伤的修复提供了新的希望。国内外对组织工程骨软骨复合组织的构建研究比较深入，从“分层构建”的可行性初探到“一体构建”的动物实验研究取得了阶段性成果，然而目前尚存在缺损区修复组织质量缺陷、与宿主界面整合欠佳及缺乏相应力学功能等主要问题。因此，改善骨软骨复合组织的结构和界面整合情况，在软骨与软骨下骨之间形成有效的骨性结合，设计一体化、呈梯度变化的支架材料成为今后主要的研究方向之一。

生物体的任何一种组织均由细胞和细胞外基质两部分组成，前者是保持组织功能或生命活性的要素，后者是维持这种生命活性要素的支撑体。细胞在体内发挥作用，有赖于与适宜的载体结合，既要阻止细胞迁移出移植区，更重要的是提供了一个有利于细胞增殖和分化的微环境。理想的组织工程支架材料必须能有选择性地和靶细胞上的特异性地黏附受体及生长因子受体相互作用，吸引循环血中的靶细胞迁移至受损部位，并能促进它们的生长和分化；与此同时，在修复重建过程中，支架还必须能被细胞所分泌的酶逐渐降解。因此，支架材料应具有一定的传导性，以利于细胞在支架上的黏附、增殖和分化；可降解性，以利于细胞的消化、吸收；一定的降解速率，以利于降解能和组织的修复重建相匹配。一定的机械强度，以利于在修复初期起到力学支撑的作用。另外，材料的几何尺寸及内部结构、孔径和孔隙率也一直是骨组织工程关注的指标。一般认为，孔径必须大于100μm，否则组织仅能侵入植入物表面，且组织内不易得到充分的养料。孔隙率要求在维持材料一定强度的情况下尽可能的高，这有利于细胞的长入。支架材料的孔隙率至少在70％以上才能保证细胞种植的成功。

生长因子是传递信号的重要蛋白物质，在细胞信号网络中参与细胞分化、增殖、基质合成和调控等许多方面。修复重建的过程正是细胞在生长因子的调控下，在支架材料上黏附、增殖、分化，并消化吸收支架材料，重新构建成组织的过程。在骨软骨修复的不同阶段有大量生长因子表达，这些因子能有效调节修复重建过程中细胞的增殖、分化及凋亡，激励骨软骨的修复重建。

综上所述，理想的一体化层状梯度骨软骨修复材料的制备应考虑到生物活性物质(诱导性)和基质材料(传导性、可降解性等)的优缺点，模拟天然骨软骨基质成分，构建具备一定的孔径、孔隙率及连通性，降解性的梯度复合材料；载荷适宜细胞增殖、分化的特定生物活性物质，并含有适宜的生长因子控释系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种骨软骨修复梯度活性支架材料。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述骨软骨修复梯度活性支架材料的制备方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述骨软骨修复梯度活性支架材料的应用。