[发明专利]一种壳聚糖基梯度仿生复合支架材料及其构建方法

说明书

一种壳聚糖基梯度仿生复合支架材料及其构建方法，属于组织工程材料领域。在通过连通管水平连通容器A和容器B中分别加入等体积的Cs/GP/Gel溶液、乙酸溶液，Cs/GP/Gel溶液连续流入支架模具，乙酸溶液连续流入容器B中；当两个容器中溶液均流入支架模具时，预冻处理后取出支架预产物，制备得到Cs/GP/Gel梯度复合支架；制备Cs/GP/Gel/nHAp梯度复合支架时，当容器B中液体剩余1/4～1/5时，向容器B中加入Cs/GP/Gel/nHAp溶液，其它步骤与Cs/GP/Gel梯度复合支架相同。本发明制备得到的梯度复合支架的孔径呈现出明显的梯度渐进性，而且孔隙相互贯通，nHAp模拟的软骨钙化层与软骨层连接效果良好，适用于软骨组织工程领域。

技术领域

本发明属于组织工程材料领域，特别涉及一种由壳聚糖、β-甘油磷酸钠、明胶、纳米羟基磷灰石复合构建组织工程梯度仿生软骨支架的方法。

背景技术

正常关节的骨软骨组织结构，主要由透明软骨、界面结构(软骨钙化层)和软骨下骨三部分组成，在结构上呈现出明显的梯度渐进性和复杂的生理学特性。关节软骨因在各种活动中使用量巨大，极易在创伤及急慢性炎症中导致损伤，且由于受力的突发性和复杂性，多现为软骨磨损、撕裂、断裂和粉碎性损伤等。关节假体置换为目前有效的治疗方法之一，但手术置换关节，不仅价格昂贵，且存在并发症危险。此外，关节软骨极脆弱且自身修复能力低下，软骨组织自身无血液供应，营养主要来自周围关节滑液的滋润，一旦出现病变或缺损，软骨下骨层常伴随发生硬化等退行病变，逐步恶化并导致运动功能障碍，严重影响生活质量。软骨组织工程作为一种新型、高效的软骨组织缺损的修复方法，近年来逐渐受到广泛关注。软骨组织工程修复策略的关键步骤之一，是制备出无毒、可降解、生物相容性好、具有软骨诱导性、具有可塑性、适宜机械强度、三维孔隙结构的组织工程生理分层支架材料。但几乎没有一种单一材料能够同时满足以上所有功能，因此有必要将不同种类、具有互补特性的材料按照一定比例和方式进行复合，协同发挥每一种材料的优点和功能，以构建适宜的软骨修复材料。

壳聚糖(Chitosan，Cs)是天然的高分子聚合物，由甲壳素经过脱乙酰化得到，结构与软骨基质糖氨多糖相似，降解产物为氨基葡萄糖单体，对人体无不良反应，具有良好的生物相容性、生物降解性、无毒性和免疫原性，而且能够抗菌和抑制炎症，能够促进生物组织细胞的粘附、增殖、分化，是常见的软骨组织工程的支架材料。β-甘油磷酸钠(Sodiumβ-Glycerol Phosphate，GP)在医疗上广泛用于人静脉营养的磷补充剂和各种磷缺乏症状，用以满足人体每天对磷元素的需要。磷元素参与骨质的形成，以磷脂形式参与细胞膜的组成，同时磷与许多代谢中的酶活性有关，在能量代谢中的作用至关重要。明胶(Gelatin，Gel)是一种天然高分子材料，其结构与生物体组织结构相似，可以通过胶原部分水解得到，具有优良的生物相容性、生物活性和可降解性，普遍应用于临床医学、医药工业中，明胶基复合材料用作组织工程支架材料和信号分子载体是目前生物材料的研究热点之一。纳米羟基磷灰石(Nano-Hydroxyapatite，nHAp)是天然骨的主要成分之一，具有良好的骨传导性和骨诱导性，研究发现nHAp能够诱导新骨的发生，并会随着新骨的发生和发育而被吸收利用，且nHAp中的钙离子能与壳聚糖的氨基发生螯合作用，羟基能与氨基产生氢键作用。因此Cs/nHAp体系是一种较理想的骨组织工程材料。专利CN106693065 A“一种梯度组织工程支架制作方法”，采用生物高分子材料PLGA和水凝胶，利用低温沉积3D打印机打印三种网格，形成分层结构和网格支架，获得具有接近正常软骨定向微观组织的复合梯度组织工程支架。专利CN105920679 A“一种具有三维梯度孔结构的皮肤支架材料的制备方法”，以壳聚糖为主要基材，以京尼平为交联剂，在专用成型模具中，通过形成垂直方向的温度梯度冷冻成型，制备了一种具有三维梯度孔结构的皮肤支架材料。专利CN106512099 A“壳聚糖基仿生骨组织工程支架及其制备方法”，以壳聚糖为骨架，骨架内均匀分散纳米针状羟基磷灰石，形成多孔结构的仿生骨组织工程支架。但将壳聚糖、β-甘油磷酸钠、明胶、纳米羟基磷灰石四种材料复合用于软骨组织工程仿生梯度修复支架材料则未见相关报道。