[发明专利]一种具有仿生表面的取向多孔复合电纺纤维支架及其制备方法和应用

说明书

本发明属于生物材料领域，具体涉及一种具有仿生表面的取向多孔复合电纺纤维支架，由单一取向排列的表面分布有纳米孔的复合纤维构成，其内分布有介孔，所述复合纤维为以单一取向排列的表面分布有纳米孔的左旋聚乳酸电纺纤维为基体，基体表面修饰聚多巴胺，或基体表面修饰的聚多巴胺接枝促软骨修复药物。本发明复合电纺纤维支架采用静电纺丝技术制备，工艺简单易控。本发明复合电纺纤维支架的取向及多孔物理结构与生物活性聚多巴胺及促软骨修复药物产生协同作用，能够促进软骨细胞和骨髓间质干细胞的粘附、增殖、成软骨分化基因表达及软骨细胞外基质的生成，加快体内软骨缺损的愈合，尤其是关节软骨缺损的愈合，可用作新型的软骨再生材料。

技术领域

本发明属于生物材料领域，涉及一种具有仿生表面的取向多孔复合电纺纤维支架及其制备方法和应用。

背景技术

创伤、新陈代谢疾病和关节感染等引起的关节软骨缺损已成为临床常见疾病之一。成熟的软骨组织内部无血管结构且细胞活性低，这些均限制了其自我修复能力。目前用于治疗关节软骨缺损的传统方法如关节镜技术、软骨移植和软骨细胞移植等都存在一些弊端，例如，关节镜技术在治疗大面积的软骨缺损时效果较差，软骨移植存在自体供体有限、异体移植存在免疫排斥等缺陷，软骨细胞移植则治疗周期较长、会引起骨膜增生、免疫排斥等。因此，寻求可靠、安全和有效的修复软骨缺损的方法具有重要的意义。

由于软骨组织由大量的细胞外基质(ECM)和少量软骨细胞组成，因此，加快缺损区域ECM的形成是促进软骨组织再生的关键。目前，快速发展的软骨组织工程为解决这一问题提供了有效方法。通过静电纺丝技术制备出的纳米纤维能较好地模拟天然软骨ECM的结构和生物学功能。电纺纳米纤维具有较高的比表面积、高孔隙率和高体积比，这些优点均有利于细胞交流、细胞粘附和营养转运。除此之外，还可以通过调控电纺过程中的实验参数，实现具有可控微纳米结构的电纺纤维材料的制备。由于天然关节软骨结构中的软骨细胞和ECM呈取向分布，因此，制备具有取向结构的电纺纤维材料能够更好地仿生天然软骨细胞外基质的结构，模拟软骨细胞生长的物理微环境，促进软骨细胞等种子细胞的取向排布、生长和分化行为，从而加快软骨缺损的修复。除此之外，研究人员发现电纺纤维在微观和纳米尺度上的改变能够影响细胞粘附和增殖行为。一系列研究表明电纺纳米纤维表面的纳米孔结构，可以进一步提高纤维表面的粗糙度和比表面积，从而显著增加蛋白质吸附以及细胞粘附位点，对细胞粘附、铺展和增殖具有较好的促进作用。因此，在取向电纺纳米纤维的表面上引入纳米孔，这种具有多级纳米结构的电纺纤维可以从结构上多重诱导软骨细胞生长，从而进一步促进软骨组织的再生。

除了提供有利的物理结构支撑与引导，软骨组织工程支架表面的生物活性成分也在软骨组织再生中起到重要作用。硫酸软骨素(CS)是一种糖胺聚糖(GAG)，是软骨ECM的重要成分。CS参与大蛋白聚糖如聚集蛋白聚糖的聚集，并且其高负电荷可以产生电荷梯度，使软骨膨胀并增强组织维持负荷的能力。因此，如果在软骨组织工程支架的表面修饰一层CS，可以进一步在成分上模拟天然软骨组织微环境，有效地诱导软骨组织的形成。

生物粘附分子表面改性是一种很有发展潜力的改性技术。多巴胺是一种贻贝黏附蛋白，含有丰富的乙氨基和儿茶酚活性官能团，几乎能粘附在任何机体的表面，该反应过程简单，无毒无害，而且多巴胺本身具有很好的细胞相容性，能够较好地改善基体材料的细胞相容性和粘附性，可以进一步提高支架的生物活性。在本研究中，利用多巴胺表面涂覆技术在多孔取向的电纺纤维支架表面进行改性，接枝一层CS大分子，从结构和成分上模拟天然软骨组织微环境，协同促进软骨组织的再生。

发明内容

本发明旨在提供一种具有仿生表面的取向多孔复合电纺纤维支架，该材料可以有效地促进软骨细胞和骨髓间质干细胞的粘附、增殖及软骨生成相关基因的表达，促进软骨缺损区域软骨细胞粘附、增殖及软骨细胞外基质(ECM)的生成，促进软骨缺损的快速愈合。

本发明还提供该具有仿生表面的取向多孔复合电纺纤维支架的制备方法及应用。