[发明专利]一种具有规则互穿网络结构的骨软骨三维支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及骨软骨三维支架及其制备方法，特别涉及一种具有规则互穿网络结构的骨软骨三维支架及其制备方法。

背景技术

20世纪90年代，美国学者Vacant和Langer提出组织工程的再生医学概念，现在逐渐形成了组织工程学这门新学科。组织工程学是利用生命科学与工程学的原理和方法，研究和开发具有修复或改善人体组织或器官功能的新一代临床应用替代物，用于替代组织或器官的部分或全部功能。组织工程的发展也为软骨损伤的修复提供了另外一条途径，尤其在解决移植组织来源的问题上，结合细胞因子与组织工程支架，能够减少对移植组织、细胞的过多依赖，简化手术操作技术，改善修复效果。

关节软骨可分为浅表层、过渡层、辐射层以及钙化软骨层。关节软骨分层排列反映了与关节软骨功能相适应的生物力学变化。浅表层主要以剪力为主，过渡区和辐射区则主要承受压力载荷，钙化软骨层将关节面附着于骨上。浅表层包含10-20%的软骨组织，由梭形软骨细胞和微细胶原构成。。该层又分为细胞层和无细胞层，无细胞层即亮板层。位于最表层，无细胞，构成关节软骨的连接面，含有蛋白多糖丝状体；而细胞层则由扁平的细胞和包绕细胞的微细胶原所构成。过渡层：或叫中间层，包含了40-60%的软骨组织，该层软骨细胞呈球形，胶原纤维呈斜行排列。幅射层：其细胞大、圆、并垂直于表面，呈柱状排列，其胶原纤维在细胞之间呈放射状排列。钙化层：紧贴软骨下骨板，本层细胞有死亡细胞所有的特征，钙化层与软骨下骨板表面之间有交叉现象，该层最深而分隔出有血管的软骨下骨和无血管的关节软骨。

采用组织工程学方法构建骨软骨复合组织时间并不长，作为理想的骨软骨组织工程，应包含一个具有一定力学性能的三维多孔支架，同时在支架的上部结合具有促进软骨细胞生长的支架，采用这种骨软骨支架的方式来进行骨软骨的组织工程或体内修复。

层区软骨组织工程支架需满足以下条件：1）支架各层的力学性能不同；2）支架各层的孔径和孔隙率不同；3）支架各层的降解性能不同；4）支架各层的生物相容性问题。

大量研究表明，按照软骨的层区结构设计用于骨软骨一体化修复的效果要优于单纯的对软骨的修复。通过比较可以发现，现有的用于骨软骨一体化组织工程支架的设计主要集中在支架的机械强度和支架的功能性没有得到兼顾，所以设计出的一体化修复支架有许多问题有待于解决。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种具有规则互穿网络结构的骨软骨三维支架，在机械强度和内部结构上都满足软骨修复的要求，并且实现了支架各层区所需的功能化要求。

本发明的另一目的在于提供上述骨软骨三维支架的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种具有规则互穿网络结构的骨软骨三维支架，由生物医用高分子材料体系和原位生成水凝胶材料体系形成规则的互穿网络结构；

所述生物医用高分子材料体系由生物医用高分子材料和无机材料组成；所述生物医用高分子材料为聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚氨酯和聚羟基丁酸酯中的至少一种；所述无机材料为羟基磷灰石、磷酸三钙、生物玻璃、硅酸钙、二氧化硅、石墨烯中的至少一种；

所述原位生成水凝胶材料体系由原位水凝胶材料和给药系统组成。

所述原位水凝胶材料为温度响应水凝胶、光响应水凝胶、pH响应水凝胶、压力响应水凝胶、电磁响应水凝胶中的至少一种。

所述给药系统为生物活性分子或载药微球或载药脂质体或载药微囊中的至少一种。

所述骨软骨三维支架包括钙化层、放射层、过渡层和浅表层，各层之间相互连通；

所述钙化层中，生物医用高分子材料体系的质量百分比为95%-85%，原位生成水凝胶材料体系的质量百分比为5%-15%；所述钙化层的生物医用高分子材料体系中，无机物的质量百分数为30%-95%，生物医用高分子材料的质量百分数为70%-5%；

所述放射层中，生物医用高分子材料体系的质量百分比为90%-70%，原位生成水凝胶材料体系的质量百分比为10%-30%；所述放射层的生物医用高分子材料体系中，无机物的质量百分数为5%-50%，生物医用高分子材料的质量百分数为95%-50%；

所述过渡层中，生物医用高分子材料体系的质量百分比为85%-40%，原位生成水凝胶材料体系的质量百分比为15%-60%；所述过渡层的生物医用高分子材料体系中，无机物的质量百分数为0%-10%，生物医用高分子材料的质量百分数为100%-90%；