[发明专利]促进骨缺损修复的仿生三维支架及其制备方法

说明书

本发明公开了一种促进骨缺损修复的仿生三维支架及其制备方法。所述支架由两个单元复合而成，其一为内层支架，是一种反蛋白石结构的三维多孔支架，呈柱状结构，直径和高度可根据骨直径和缺损部位调整；其二为外层支架，是一种静电纺丝纳米纤维薄膜，包裹于内层支架外部，薄膜尺寸可根据需要进行裁剪。本发明的仿生三维支架模拟骨构造，外层纳米纤维多层结构仿生骨皮质，内层多孔支架可允许骨髓通过，为细胞黏附提供适宜的场所，可促进骨的修复和功能重建。本发明通过控制内层支架的尺寸和外层薄膜的大小，可以灵活调整仿生三维支架的尺寸，满足不同长度的骨缺损的需要。

技术领域

本发明涉及一种促进骨缺损修复的仿生三维支架及其制备方法，属于生物组织工程技术领域。

背景技术

骨有一定的再生和修复能力，但是很多情况下仅依靠骨自身的再生能力无法完成修复，如外部因素造成的骨不连、感染或骨肿瘤切除后的骨缺损、整形外科手术等。近年来，自然灾害频发引发的骨创伤，车辆事故剧增引发的骨创伤，日益严重的老龄化引发的骨缺失等使得骨修复需求日益迫切。骨移植已经成为世界排名第二位的组织移植，每年移植治疗骨缺损的人数高达370万。

自体骨移植被视为骨缺损治疗的金标准，但是存在来源有限、二次创伤等诸多的局限；异体骨和异种骨移植存在排异反应等问题。目前市场上已经存在很多人工骨产品，如生物陶瓷骨填充物、胶原复合羟基磷灰石人工骨等，但是目前的人工骨产品结构和功能单一，大部分产品只能实现填充及骨引导功能。

组织工程化的骨替代物以块状多孔支架最为常见，制备多孔支架的方法很多，如无机物(羟基磷灰石，磷酸钙等)烧结、气体发泡、冷冻干燥、溶剂流延颗粒沥滤等。但是由于制备工艺限制，这些方法获得的多孔支架孔隙率和联通性均不可控，不同批次之间差距较大。专利号ZL201110037596.9及ZL201210400644.0的文献中提出了一种基于静电纺丝纳米纤维的三维支架制备方法，是通过螺旋状卷裹纳米纤维膜形成柱状仿生骨修复支架；WO2012/174837A1提出了一种具有片层结构的仿生骨修复支架体，也是将片层材料由内向外连续紧密卷裹，形成截面为螺旋状的柱体结构。上述三个文献提出的支架均类似骨的哈弗系统，具有高度的仿生效果。但是受卷裹工艺限制，各片层间间距很难控制，导致片层间隙不利于骨髓的贯通以及细胞的黏附增殖。

发明内容

本发明的目的在于提供一种促进骨缺损修复的仿生三维支架及其制备方法。该仿生三维支架在大片段骨缺损的修复中具有很好的效果。

实现本发明目的的技术方案如下：

促进骨缺损修复的仿生三维支架，由外层纳米纤维膜和内层反蛋白石结构的三维多孔支架复合而成，此仿生三维支架的大小可根据骨缺损部位及尺寸相应调整。此仿生三维支架内层为多孔支架，孔隙连通率为100％，有助于联通骨缺损部位的两个断端的骨髓腔，并能够吸收骨髓，有助于骨髓间充质干细胞的细胞黏附以及血管神经长入，根据需要调整多孔支架的个数；外层为纳米纤维膜，此支架可以模拟细胞外基质，有利于细胞黏附增殖，此膜状纤维的大小可以根据需要任意裁剪，包裹于多孔支架外部，防止多孔支架之间移位甚至散落。

上述构成仿生三维支架的外层纳米纤维膜由静电纺丝法获得，其材料通常为生物医用可降解材料，包括目前已经报道以及使用的聚乳酸(PLA，PLLA)、聚乳酸聚乙醇酸(PLGA)和聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)等中的一种或两种以上的复合物。为了增强其骨诱导效果，可以掺杂或表面修饰生物陶瓷材料(具体方法可参照ACS Appl.Mater.Interfaces2013,5,319-330；J Mech.Behav.Biomed.Mater,2008,1(3),252-260)，如羟基磷灰石(nHA)、磷酸三钙等含钙或硅的化合物。此纳米纤维膜的厚度为0.01-0.1mm，包裹层数为3-10层。