[发明专利]具有仿生界面结构的一体化骨软骨支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于假体材料领域，具体涉及一种具有仿生界面结构的一体化骨软骨支架及其制备方法。

背景技术

由创伤、疾病、退变等原因造成的关节部位骨软骨损伤是骨科临床常见疾病，在我国尤为多见，且呈逐年上升趋势。目前对于这种软骨合并软骨下骨的损伤治疗困难，效果尚不能令人满意，亟需研究理想的永久性修复重建措施，保守治疗只能暂时缓解疼痛，不能阻止疾病的发展；自体骨软骨移植术来源有限，难以修复较大面积的缺损；异体骨软骨移植术存在免疫排斥反应和传播疾病的可能；人工关节置换术费用昂贵，翻修率较高。组织工程技术的迅速发展，为关节骨软骨损伤的再生修复提供了新的解决方案。

曾有采用两种不同支架材料分别构建组织工程骨、软骨组织，然后组装到一起的方法构建组织工程骨—软骨复合体。组装的方法包括纤维蛋白凝胶粘合、无创伤缝线缝合方法或者聚乳酸棒粘合固定等，但是构建出的骨—软骨复合体存在骨、软骨部分结合欠佳的问题。

组织工程学是涉及细胞生物学、材料科学、工程学以及生物反应器的一门交叉学科，利用生命科学和工程学的基本原理和方法，构建人体所需要组织，用于修复、替代因创伤、疾病而无功能的组织或器官。组织工程研究的主要内容包括：种子细胞、支架材料、生长因子。种子细胞包括软骨细胞、骨髓基质干细胞、脂肪源性干细胞以及经过基因工程改造的细胞等。目前国内外关于组织工程骨-软骨的研究主要集中于支架材料和种子细胞的选取以及成骨和成软骨部分的连接方式等方面，

中国专利申请201010140115.2公开了“一种双层仿生软骨组织工程用支架制备方法”。首先制备衬底，再在衬底表面制得双层仿生软骨支架，最后通过NaOH溶液浸润衬底表面的双层仿生软骨支架，从衬底上剥离即得到双层仿生软骨支架，本发明制备的双层仿生软骨支架厚度薄，力学性能良好，一次成型，垂直孔与圆形孔之间连接紧密，不存在相互脱离的问题；支架结构接近天然软骨结构，软骨支架可直接与含聚乳酸PLA/骨粉的衬底结合形成骨软骨支架，用于骨软骨同时缺损的修复，软骨层部分依然具有双层结构。

中国专利申请201210088049.8公开了一种“一种组织工程软骨支架材料及其制备方法和装置”。本发明的软骨支架材料由上至下依次为表层、中层和钙化层；表层由冻干软骨基质和II型胶原组成，基质纤维在水平方向平行分布；中层由冻干软骨基质、GAG、X型胶原和II型胶原及TGF-β组成，基质纤维呈纵向排列；钙化层由冻干软骨基质、GAG和X型胶原及煅烧骨粉组成，其纤维呈三维交错分布。有利于支架材料植入后与软骨下骨的融合，促进软骨下骨的再生；在复合软骨细胞后，能够用于全层软骨缺损修复，再生的软骨组织具有与天然软骨一致的空间结构和蛋白组分；适于膝关节等负重部位关节软骨的修复，再生抗压强度较大的新生软骨，提高软骨支架表面的耐磨性和抗压能力。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在的骨和软骨部分结合欠佳的缺点而提出的，其目的是提供一种具有仿生界面结构的一体化骨软骨支架及其制备方法。

本发明的技术方案是：

一种具有仿生界面结构的一体化骨软骨支架，所述支架自上而下依次由软骨层1、钙化层2和软骨下骨层3组成，所述软骨层1为丝素蛋白构成的垂直取向性支架，所述钙化层2为丝素蛋白和羟基磷灰石构成的致密区域，所述软骨下骨层3为丝素蛋白和羟基磷灰石构成的三维多孔结构支架；钙化层2与软骨层1、软骨下骨层3之间有机连接。

所述钙化层2和软骨下骨层3中的丝素蛋白与羟基磷灰石的质量比例均为1:1。

所述软骨下骨层3的三维多孔结构的孔径范围为250μm~425μm。

所述钙化层2的厚度小于500μm。

所述软骨层1与软骨下骨层3的厚度比例为1：1。

一种具有仿生界面结构的一体化骨软骨支架的制备方法，包括以下步骤：

a. 石蜡微球模板制备

将石蜡微球放入聚乙烯模具中，烘干备用；

b. 钙化层2和软骨下骨层3的制备

将质量分数为10%丝素蛋白溶液和10%羟基磷灰石溶液按质量比1:1的混匀，加入石蜡微球模板中，抽吸真空，混合液充分填充，且高出石蜡微球模板一定距离，液氮冷却后，室温静置； 

c. 软骨层1的制备

待钙化层2表面微融后，将质量分数为6%的丝素蛋白溶液2mL缓慢加入模具中的钙化层2上，-80℃冷冻干燥成型；

d. 丝素变构和脱蜡

成型后从聚乙烯模具中取出，无水乙醇浸泡，滤蜡，晾干，即得骨软骨支架。

所述丝素蛋白溶液的制备包括以下步骤：