[发明专利]一种负载离子和几何图案信号的医用骨膜支架及其构建方法

说明书

本发明公开了一种采用离子和几何图案信号协同构建的医用骨膜支架及其构建方法，包括：内表面纤维层：由波浪形、取向排列、疏松多孔纤维构成，为可降解且可拉伸高分子材料，为骨膜支架提供几何图案信号递送；中间纤维层：由网格状纤维构成，为可降解且可拉伸高分子材料，为骨膜支架提供力学支撑；外表面纤维层：由无序、致密的复合纤维构成，为可降解高分子材料和离子掺杂的生物陶瓷微纳米颗粒，为骨膜支架提供离子信号递送。本发明通过将离子和几何图案信号相结合可以实现仿生天然骨膜支架的构建，获得具有类似天然骨膜的力学、诱导骨成分再生和结构再建、诱导血管生成和抑制细菌增殖的功能，帮助损伤部位骨组织修复和功能稳定再建。

技术领域

本发明涉及一种仿生医用骨膜支架及其构建方法，具体涉及一种采用离子和几何图案信号协同构建的可以促进骨组织生长的医用骨膜支架及其构建方法，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

支架是临床骨组织损伤修复中一种重要的功能材料。但是，目前支架材料缺乏在骨组织损伤部位，同时引导新骨成分与结构的生成能力。在人体中，骨膜是一种包裹在骨骼外表面的致密组织，主要由外层胶原纤维层(富含成纤维细胞和微血管)和内层成骨层(储存骨骼生长、愈合和重塑的骨祖细胞)组成，为骨组织生长提供不同类型的必须细胞如成骨细胞、内皮细胞、干细胞等。在骨组织新生过程中，骨膜中的微血管为细胞增殖、分化等活动提供所需营养和代谢产物运输[1]。现有体内和体外研究证实骨膜与生长因子、机械刺激等因素一起对骨组织生长起调节作用，是骨缺损愈合过程中的关键部件。骨膜的表面各向异性形貌特征与骨组织中胶原纤维和羟基磷灰石结构排列方向一致，引导骨组织轴向生长。同时，骨膜在大节段骨缺损修复中，能够抑制软组织和血管的侵犯。研究表明尤其在大节段骨损伤修复过程中，缺乏骨膜将导致修复部位成骨率显著降低和移植物坏死。但是，在临床上可供移植的骨膜来源非常有限。因此，设计和构建模拟天然骨膜功能的骨膜支架将为骨缺损修复提供有效的治疗途径。

目前骨膜支架的一种主要类型是脱细胞基质材料[2]。虽然这一类材料具有较好的仿生结构，但是其可塑造性低和具有免疫排斥与潜在致病源传染的风险。相比较，另一类骨膜支架来源于天然和合成生物材料，具有较好的工程加工性能和安全保证。这其中，临床上最重要的磷酸钙类骨材料与天然骨骼在化学成分上类似，具有优越的生物相容性、可降解性及良好的骨诱导特性。这种材料如磷酸三钙、羟基磷灰石等在植入体内后能够游离出钙离子和磷酸根离子被人体细胞吸收。这类生物陶瓷材料可以依据需求掺杂其他离子以赋予特定的生物活性作用[3-5]。通过将磷酸钙与高分子材料复合，现有研究已经发展出不同形式的骨膜支架(如纤维[6-7]和水凝胶[8])。同时，当前研究逐渐认识到材料的几何图案特征可以引导人体细胞排列，通过接触引导机制改变细胞微环境来影响细胞的增殖、粘附、迁移、及组织特异性基因表达。将钙磷纳米材料图案与高分子材料交联可以获得具有调控细胞形貌的骨膜支架[9]。但是，这些骨膜支架仅限于单层结构，缺乏有效聚集各种生物活性因子、材料图案特征、及细胞的能力，无法模拟天然骨膜的多层结构和区域功能异质性特征。

当前骨膜支架的材料设计简单且功能单一，无法满足临床骨组织损伤修复的复杂需求。本发明将发展功能复合型支架及其构建技术，在模仿天然骨膜的优异力学性能的基础上，同时赋予其引导骨成分新生和结构重建的功能、及诱导微血管形成的作用。这将为临床获得功能骨膜提供有效途径，以提升骨组织损伤修复与治疗效果。

[1]N.Li,J.Song,G.Zhu,X.Li,L.Liu,X.Shi,Y.Wang.Periosteum tissueengineering—areview.Biomaterials science.2016,4(11):1554-1561

[2]赵博,王洪权,夏磊磊,赵延瑞,李学军,张晋辉.一种引导骨再生的骨膜修补片、制备方法和应用.2017,CN107029296A