[发明专利]一种软硬组织一体化再生修复梯度三维纤维支架及其制备方法

说明书

一种软硬组织一体化再生修复梯度三维纤维支架及其制备方法属于医用生物材料制备技术领域。由纤维搭接、孔隙率大于90％、具有孔径在30‑150μm的贯穿大孔结构、抗压强度达到兆帕级别、从支架顶层到支架底层的组成仿生天然软硬组织过渡结构的梯度三维纤维支架，纤维由具有生物相容性的天然高分子和具有生物相容性的合成高分子复合制备，其中，在软组织层支架的复合纤维中添加有糖胺聚糖成分，中间过渡层和硬组织层支架的复合纤维表面沉积有羟基磷灰石成分。本发明制备了一种具有不同功能层的、满足软硬组织再生修复需求的梯度支架，可分层诱导支架内的细胞和组织同时向软组织和成骨向分化。

技术领域

本发明属于医用生物材料制备技术领域，涉及一种软硬组织再生修复的三维支架及其制备方法，具体涉及到一种软硬组织一体化再生修复的仿生梯度三维纤维支架及其制备方法。

背景技术

由于运动创伤或疾病，可能会在某些部位同时造成软组织和硬组织损伤，如骨软骨、腱骨等具有复杂的梯度结构的部位。天然关节骨软骨结构主要分为透明软骨层、软骨钙化层以及软骨下骨；正常的腱骨结合部位则由肌腱组织、未钙化的纤维软骨、钙化的纤维软骨和骨组织四部分组织构成。不同的部分在组成成分、结构及细胞成分等方面有着明显的差异，这给基础研究和临床治疗工作带去了巨大的难题。目前，微骨折术是一种释放自体骨髓间充质干细胞用于骨软骨修复的方法，但该法动员出的骨髓间充质干细胞仅占骨髓有核细胞成分的0.001-0.01％，对于大面积的骨软骨损伤仍束手无策。而手术重建是腱骨损伤的重要治疗手段，但术后腱骨界面愈合的情况往往不尽人意，手术重建的长期疗效并不乐观。组织工程支架自提出以来，已经广泛地应用于临床的各个领域，包括骨、软骨、肌腱、神经、血管、皮肤等多个组织再生修复，它也为修复软硬组织损伤提供了新思路，其中，仿生软硬组织结构进行具有梯度结构组织工程支架的构建，是进行软硬组织一体化再生修复的关键。

可以用于软组织层支架的生物可降解材料主要有两类，即天然高分子材料(如胶原、明胶、透明质酸、硫酸软骨素、壳聚糖等)和合成高分子材料(如聚乳酸、乳酸-羟基乙酸共聚物、聚己内酯等)。蛋白质和多糖这两类天然高分子作为支架材料，优势是具有优异的亲水性、生物相容性和细胞相容性，作为来自细胞外基质的成分，在调控细胞生长和分化方面扮演重要角色，但天然高分子单独作为支架材料也存在力学性能较差以及降解较快等不足。聚乳酸等合成高分子材料具有生物相容性良好、降解速率可调节、力学强度高、易于加工成型等优点，但是其单独作为支架材料的缺陷也很明显，如呈现疏水性质、缺乏细胞结合位点和生物活性，且降解产物偏酸性，存在局部发生无菌性炎症反应导致细胞凋亡的可能性。可以用于硬组织层支架的材料，除了前述的天然高分子和合成高分子材料外，更重要的一类是无机生物陶瓷材料，如羟基磷灰石、磷酸三钙、生物活性玻璃等。生物陶瓷材料因具有与人体骨骼矿物相似的化学组成，可为骨组织再生提供生物活性离子而促进新骨生成，被广泛作为骨修复材料得到关注。但陶瓷材料所固有的脆性、可塑性差，影响了它们单独作为骨组织工程支架应用的前景。

由此可见，单一的材料是很难满足组织再生修复要求的，尤其是修复在组成和功能上存在梯度变化的软硬组织缺损时，如何根据骨软骨或腱骨组织的天然特性，仿生构建具有梯度结构组织工程支架，对材料的选择和支架制备方法都提出了更高要求。将天然高分子材料和合成高分子材料复合可以兼具两者的优点，弥补各自的不足，将生物陶瓷材料按照软硬组织梯度进行复合，制备多相支架用于梯度组织的再生修复，是一条可行有效的思路。多孔支架的制备方法有很多，如致孔剂法、相分离法、三维打印快速成型法等，但从仿生天然细胞外基质的胶原纤维网络结构考虑，用溶液静电纺丝制备的各种组成的纤维，来构建一种软硬组织一体化修复的梯度三维纤维支架，可以同时满足支架从组成和结构上对天然软硬组织的双重仿生，获得更理想的修复效果。

发明内容

针对软硬组织复杂的结构，按照仿生一体化的构建理念，需要制备一种具有不同功能层的、满足软硬组织再生修复需求的梯度支架，可分层诱导支架内的细胞和组织同时向软组织和成骨向分化。