[发明专利]一种软骨组织工程用多孔支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，具体地说是一种组织工程用多孔支架及其制备方法。

背景技术

卡拉胶(carrageenan)，又名角叉菜胶，是从红藻中提取的天然阴离子多糖植物胶体。其根据结构类型的不同，可分为κ型卡拉胶、ι型卡拉胶及λ型卡拉胶等，以κ型卡拉胶的凝固性最好。卡拉胶为白色至淡黄褐色、表面有光泽、半透明片状体或粉末状物，无臭无味，口感粘滑，在冷水中膨胀，可溶于60℃以上的热水后形成粘性透明或轻微乳白色的易流动溶液，不溶于有机溶剂。卡拉胶易凝胶，具有热可逆性，加热溶解后，放冷时能形成半固体透明的凝胶。由于其残基上的半酯式硫酸盐基团带有负电荷，使得其可以在钾、铵、钙、钠等阳离子的诱导下形成双螺旋结构的超分子束，从而大大地提高其凝胶强度。在微量氯化钾(0.1％)存在下，即可提高3倍的凝胶强度，但过高的凝胶强度会造成凝胶过脆。0.5％的碳酸钠存在可以提高卡拉胶70％的凝胶强度，且能够降低卡拉胶透明度、增强硬度。卡拉胶稳定性强，在中性和碱性溶液中加热也不会水解，但在酸性溶液中(尤其pH≤4.0)，卡拉胶易发生酸水解，凝胶强度和粘度下降。卡拉胶的这种独特性质使其作为增稠剂、胶凝剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂等而被广泛应用于食品工业、化学工业及生化、医学研究等领域中。此外，卡拉胶及其衍生物还被被证实具有多种生物活性，如抗肿瘤、抗凝血、增强免疫力及抗病毒等。卡拉胶的应用前景十分可观。

壳聚糖(chitosan)即脱乙酰基甲壳素，别名甲壳胺，是由甲壳素脱乙酰化制得的天然活性物质，广泛存在于虾蟹壳、昆虫等动物体内。壳聚糖是白色或淡黄色粉粒,性质稳定，不溶于水和碱溶液，可溶于稀酸。在酸性环境下，其侧链氨基会结合质子而带正电荷。壳聚糖具有很好的成膜性、生物相容性和生物活性，无毒、无害、无免疫抗原性，对人体具有强化免疫、抑制细菌、促进疾病痊愈、调节生理机能等功能。壳聚糖可制成膜应用于水果保鲜膜等方面；还可以作为絮凝剂、纤维、液晶、催化剂、吸附剂以及应用于医药方面；在食品工业中,可作为抗菌剂、食用膜、食品添加剂、污水处理剂、药物缓释剂、酶固定化载体等。其应用前景诱人，当前的研究热点在于其拥有的药物缓释等方面。

组织工程(tissue engineering)是应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理2种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。组织工程在临床医学上有着诱人的应用前景。现今组织工程研究的核心是建立由细胞、生物材料支架和生长因子所构成的三维复合体。其中，由生物材料所构成的细胞支架的作用是为细胞增殖提供空间，使细胞按照生物材料支架的构型在生长因子的作用下分化、增殖，最终成为所要求的组织或器官，达到修复创伤和重建功能的目的。因此，三维多孔支架的制备是组织工程化人体器官的前提条件。当前，三维支架的常用材料包括天然高分子材料如胶原、明胶、纤维素、甲壳素、壳聚糖、海藻酸盐、氨基葡聚糖、琼脂、脂质体等和无机材料如轻基磷灰石、磷酸钙等。此外，还有一些合成的高分子材料，如胶原与聚乳酸、胶原与轻基磷灰石、壳聚糖与聚轻基酸，胶原和壳聚糖与其他聚合物诸如聚偶磷氮、聚酯尿烷的复合等。不同的材料均有其不同的性质和使用范围，但关于组织细胞培养及软骨组织再生类的很多都用到明胶或胶原作为支架。众所周知，当前的明胶面临着巨大的供应不足的现状，已经出现多起关于劣质明胶流入食品药品市场的安全事件，因此，有必要去探索更多的可用于组织细胞培养及软骨组织再生类的三维多孔支架材料。关于三维多孔支架材料的制备技术，当前有微球烧结法、溶液浇铸/粒子沥滤法、热致相分离/冷冻干燥法、静电纺丝法、超临界流体制备方法等。比较传统的微球烧结法致孔率低下；溶液浇铸/粒子沥滤法容易造成溶剂残留，挥发的溶剂也不够环保；热致相分离/冷冻干燥法在控制孔隙率和孔径上不够准确；静电纺丝法、超临界流体制备方法等高技术方法在未来的确拥有较大前景，但其当前的成本太高，大规模使用仍不现实。

卡拉胶-壳聚糖的交联复合已经被多位学者的研究证实，有些还制备了卡拉胶-壳聚糖微丸，但将卡拉胶-壳聚糖的交联复合物作为三维多孔支架仍然存在许多问题，如卡拉胶硬度不强、凝胶孔隙率不高、孔径难以控制等。

发明内容

为了解决以上现有技术问题，

本发明的目的在于提供一种软骨组织工程用多孔支架及其制备方法，该多孔支架硬度较高、孔隙率较高，且无有害残留，安全，具有一定功能性，能够用于组织细胞培养或软骨组织再生，制备方法简单有效。

本发明所采用的技术方案是：