[发明专利]一种保留天然羟基磷灰石的脱细胞骨基质水凝胶及其制备方法

说明书

本申请公开了一种保留天然羟基磷灰石的脱细胞骨基质水凝胶及其制备方法，属于组织工程中骨再生修复材料领域。本申请的有机‑无机复合水凝胶是以同种或异种来源的皮质骨或松质骨为原材料，经过脱脂、脱细胞、脱钙处理保留不同程度的天然骨矿、酶解消化、纯化处理后，调节溶液的pH和盐浓度至生理条件后得到预凝胶液，使用时升温至37±1℃经自组装形成的水凝胶。本申请骨组织脱细胞外基质水凝胶有效保留了骨基质中的天然羟基磷灰石成分，且羟基磷灰石与胶原纤维结合良好，分散均匀，可作为温敏性可注射型水凝胶应用于骨组织工程，具有良好的应用前景。

技术领域

本申请涉及组织工程中骨再生修复材料领域，特别涉及一种保留天然羟基磷灰石的脱细胞骨基质水凝胶及其制备方法。

背景技术

目前，由创伤、感染、肿瘤或先天性疾病引起的关键性骨缺损的临床治疗，仍倾向于基于自体或同种异体骨移植物。然而，严重的供体部位发病率、高度的感染风险和运输等问题，阻碍了它们成为可持续发展的骨修复材料。

基于生物可降解多孔支架的组织工程技术，被认为是进行骨再生修复的可行和有效替代策略。如今，已被广泛应用于骨组织工程支架的材料多为人工合成的可降解脂肪族聚酯，如聚乳酸、聚（乳酸-羟基乙酸）、聚己内酯等。此合成材料往往缺乏生物活性成分，需要通过改性或添加外源性生物活性成分如生长因子、生物活性陶瓷来达到促进骨再生的目的。即便如此，骨组织的修复是一个包括多种生物活性因子协同作用的复杂过程，通过人工合成生物材料负载外源性生物活性成分来仿生模拟骨再生修复对其天然微环境的各种需求仍是一个巨大的挑战。

细胞外基质（ECM）是细胞周围由多种大分子组成的复杂网络，包括胶原蛋白、非胶原蛋白、弹性蛋白以及糖胺聚糖，ECM来源的材料由于其极大程度地保留了细胞生存和功能表达所需的活性因子，无疑是一种比合成材料更加利于损伤组织修复再生的组织工程支架材料。通过脱细胞技术可以将供体ECM中具有免疫原性的细胞脱除，以避免材料植入后引起免疫排斥反应和潜在的疾病传染。目前已有很多商品化的脱细胞外基质产品，如脱细胞真皮组织（Alloderm®; LifeCell），脱细胞猪心脏瓣膜（Synergraft®; Cryolife）和脱细胞猪膀胱（Urinary bladder matrix; ACell）等，已用于临床治疗，这些ECM材料中富含的胶原、糖胺聚糖以及生物活性因子等，能够显著促进组织再生和功能重建。

外科临床手术操作呈现微创化趋势，对于可注射性植入材料的需求越来越旺盛。研究发现，脱细胞外基质的预凝胶溶液常表现出温敏性凝胶的特点，即在低温（4 ℃）下具有良好的流动性，可搭载种子细胞，但在人体温度37 ℃下可快速凝胶。由此，具有良好的生物相容性、生物活性和可注射性的ECM水凝胶，注射到损伤部位后可迅速在原位凝胶化，具有良好的临床应用前景。已有证据证明，采用同源性的ECM支架对相应组织进行修复和重建，相比于其他组织来源的ECM材料，能更有效地促进组织再生修复。所以来自骨组织的ECM材料无疑是最适用于骨组织再生的天然材料。特别是复合有生物活性陶瓷的有机无机复合ECM材料，能为骨组织再生提供更为仿生的微环境。不同于其他组织的ECM，天然骨ECM中除了富含I型胶原、骨基质蛋白、糖胺聚糖和生长因子等有机成分外，更含有高达约70%的无机组分，主要成分是羟基磷灰石。在ECM水凝胶制备的现有技术中，常规脱脂和脱细胞处理后，会使用消化酶将ECM中的胶原纤维酶解，得到胶原蛋白三螺旋分子的水溶液；由于胃蛋白酶的消化效率高，所以消化酶最常选用胃蛋白酶，另外为了充分发挥胃蛋白酶的活性，体系的pH通常采用盐酸/乙酸溶液调节至2.0左右。然而在酸性的、胃蛋白酶的消化条件下，碱性的羟基磷灰石是无法保留在最终形成的ECM水凝胶中的。所以，现有的文献制备的ECM水凝胶全都由完全脱钙、脱细胞的骨基质进行酶解制得。如果要获得有机-无机复合ECM水凝胶用于骨再生修复，通常只能通过向ECM水凝胶中共混添加羟基磷灰石、用模拟体液矿化ECM凝胶或凝胶与羟基磷灰石共沉淀生成等方式引入羟基磷灰石成分来实现，但这些制备方法往往存在羟基磷灰石易团聚、分散不均匀以及添加量有限等不足，限制了其临床使用。

发明内容