[发明专利]用于骨组织工程的3D聚乳酸支架及其制备方法

说明书

本发明属于生物医药材料技术领域，具体涉及用于骨组织工程的3D聚乳酸支架及其制备方法。本发明主要包括两个步骤：(1)通过3D打印制造聚乳酸支架，(2)通过对支架表面修饰粗化并在支架表面引入明胶和粘酸。本发明的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架不仅具有良好的生物相容性和机械强度，还能抗菌、抗炎，增强细胞的粘附、增殖，此外还表现出更好的骨诱导、蛋白质吸附、降解、生物矿化、药物释放和细胞友好等特性，是一个在组织修复等生物医学领域具有潜在的应用前景的支架。

技术领域

本发明属于生物医药材料技术领域，具体涉及用于骨组织工程的3D聚乳酸支架及其制备方法。

背景技术

骨骼相关缺陷的发生率越来越高已变成人们严重关注的问题，骨组织工程是促使受损组织再生的有前途的替代方法，而定制的支架介导的再生是组织再生领域中的新兴领域。聚乳酸(PLA)是热稳定的脂肪族聚酯，其单体形式来自甘蔗，玉米，甜菜和木薯。通过采用增塑和共聚等策略可以提高聚乳酸的韧性和延展性。研究发现天然的聚乳酸或与聚乙二醇(PEG)，纳米羟基磷灰石或偏磷酸钙(CMP)配对的聚乳酸均可诱导新的骨形成。尽管与天然材料相比，人工合成的支架具有更好的机械强度，但较低的生物活性仍然是主要技术难关。明胶(Gel)是一种通过控制胶原蛋白的部分水解而得到的多功能聚合物，其形成热可逆凝胶的能力使其适合于靶向给药应用。对于骨组织，理想的骨组织支架需具有生物活性和足够的机械强度、易于细胞黏附，但明胶在体内降解速度较快、机械性能差。植物化合物具有诱发骨骼再生的潜力。粘酸(MA)或2,3,4,5-四羟己二酸是一种从余甘子叶中提取的植物化合物。大部分植物化合物是不溶于水的晶体，因此限制了它们在人体内的直接应用。这就需要以物质为基础向伤口部位输送植物化合物，因为这样可以确保更高的生物利用度。三维(3D)打印是一种制造复杂仿生结构有前途的技术。3d打印支架的给药潜力尤其重要，因为可以通过改变结构、孔径和连通性等参数来调节载药量和释放速率。

因此，需要开发一种可诱导细胞行为，促进软组织修复的支架，一方面，在应用方面具有良好的生物相容性和机械强度，高生物活性并具有抗菌、抗炎，增强细胞的粘附、增殖等特性，另一方面，需要规避传统聚乳酸支架强度低、生物活性差在使用过程中的局限性。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种工艺条件温和、操作简单易行、对设备要求较低及易于工业化生产的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架的制备方法。本发明的第二个目的是提供上述方法制备的不仅具有良好的生物相容性和机械强度，还具有抗菌、抗炎，增强细胞的粘附、增殖等特性的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架。

本发明提供的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架的制备方法，具体技术方案如下：

用于骨组织工程的3D聚乳酸支架的制备方法，包括如下步骤：

S1，将聚乳酸长丝装入3D打印机中，加热到180-200℃，制备3D聚乳酸支架；

S2，将步骤S1中的3D聚乳酸支架用碱液进行蚀刻处理1-8小时，洗涤后冷冻过夜，再进行冻干处理6-24小时，获得冻干聚乳酸支架；

S3，将步骤S2中的冻干聚乳酸支架浸润在粘酸和明胶的混合液中培养过夜，冷冻和冻干，获得复合聚乳酸支架；

S4，将步骤S3中的复合聚乳酸支架与交联剂在-20℃交联过夜并洗涤，获得用于骨组织工程的3D聚乳酸支架。

在某些实施方式中，在步骤S1中，采用三维设计软件设计所述3D聚乳酸支架三维形态。3D聚乳酸支架三维形态为形成一层一层的逐层结构，从而构建了一定尺寸的圆柱形支架。支架由股线组成，股线的间隙长度均匀。

在某些实施方式中，在步骤S1中，所述聚乳酸长丝的纤度为20-30D，强度为3-5cN/dtex，断裂伸长率为25-35％，热收缩为15-25％。聚乳酸丝为医用级，主要特点是可降解，属于环保型纤维，可用有单丝、复丝等规格，优选易加工的单丝。