[发明专利]一种碳酸钙复合的二肽水凝胶支架及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种碳酸钙复合的二肽水凝胶支架及其制备方法和应用。所述二肽水凝胶支架以二肽水凝胶为骨架装载碳酸钙粒子，且所述碳酸钙粒子中包括生长因子。所得二肽水凝胶支架的纳米纤维结构具有合适的孔径，能够促进细胞的迁移和增殖，为细胞增殖和分化提供适宜的微环境；凝胶中的碳酸钙能够为骨形成提供钙源，也能够作为生长因子的载体，减缓其释放速度，延长有效作用时间，促进细胞生长及成骨分化。此外，所述二肽水凝胶由氨基酸自组装形成，降解产物也为氨基酸，可被机体进一步吸收，具有良好的生物相容性和安全性。

技术领域

本发明属于生物复合材料技术领域，特别涉及一种碳酸钙复合的二肽水凝胶支架及其制备方法。

背景技术

随着人口老龄化的加剧，骨缺损类疾病的发生率逐年增加，并且交通事故、工伤也是造成的骨组织缺损或缺失的重要原因。目前，临床中使用的骨修复策略主要自体移植、同种异体移植和异种移植。然而，自体移植难以适应缺损轮廓的形状，且可用于嫁接的材料有限；而同种异体移植和异种移植同样受到可供移植骨源有限的限制，存在一定的免疫排斥反应。异种骨移植虽然材料来源丰富，但可能会引起免疫原性排斥反应，感染风险大，需要长期服用免疫抑制药物，给患者带来身体和经济上的双重压力。骨组织工程的出现为骨缺损的再生提供了新的解决方法。骨组织工程联合使用支架材料、种子细胞、生长因子促进骨组织的再生，即将体外培养的种子细胞接种到支架材料上，辅以生长因子促进细胞增殖分化形成具有与自体骨功能结构相似的新生骨组织。

近年来，自组装短肽水凝胶因其独特的优势在组织工程方面受到越来越多的关注。短肽及其衍生物具有确定的化学结构，因此可以精确设计和合成，并在分子水平上有效地改变肽序列和结合官能团，这使得短肽水凝胶相比其他水凝胶更具有精确的可调控特性。短肽水凝胶组成成分为氨基酸，降解产物也为氨基酸，可被机体进一步吸收，具有良好的生物相容性，能够支持细胞的正常活动而不会引起宿主局部或全身不良反应。且短肽水凝胶中的纳米纤维结构具有合适的孔径，能够促进细胞的迁移和增殖，为细胞增殖和分化提供适宜的微环境，并有利于结构内营养物质、氧气和代谢产物的转移。近年来已有很多研究将肽凝胶用于细胞培养，生物打印以及组织工程，且已在组织再生方面取得了令人瞩目的进展，如心脏再生，肝脏再生和粘膜再生等。尽管许多研究表明，短肽水凝胶可以支持成骨相关细胞的附着、迁移和成骨增殖，但到目前为止，很少有关于短肽水凝胶应用于骨组织工程的报道在动物模型中取得令人满意的骨再生结果，这主要是受限于它们的机械强度不够。因此，如何提高肽凝胶力学性能，仍是肽凝胶用于骨组织工程领域亟待解决的热点问题。

此外，在骨组织工程中，生长因子是必不可少的要素之一。如果直接将生长因子混入水凝胶支架材料中往往会造成其在初期的爆释，不能维持较长的作用时间。而与材料共价连接常常会造成生长因子在骨修复体系中的前期浓度很低，在后期材料降解后浓度突然增加。因此，利用合适的载体来维持生长因子的释放并维持其有效水平，对于材料在骨修复过程中的成骨能力有至关重要的影响。

为了提高肽凝胶力学强度并实现其中生长因子的缓释，本发明将骨诱导生长因子载入球霰石中，与二肽水凝胶体系制备复合凝胶。球霰石是碳酸钙的一种结晶多晶体，具有较好的生物相容性、生物降解性、高表面积和多孔性，可以作为纳米复合水凝胶的强化填充物和生物信号载体。同时，球霰石很容易转化为羟基磷灰石，因此可以作为矿物前体诱导羟基磷灰石在二肽水凝胶的纳米纤维上的原位矿化，提高水凝胶的机械强度和骨传导性。此外，Ca²⁺的长期释放可以抑制破骨细胞的骨代谢，使骨平衡转向成骨细胞的骨形成，促进骨缺损部位的新骨再生。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳酸钙复合的二肽水凝胶支架及其制备方法和应用。所述二肽水凝胶支架具有良好的生物相容性，其装载的碳酸钙粒子携带生长因子，可达到缓释生长因子的目的以促进细胞生长及成骨分化。且碳酸钙粒子具有较高的比表面积，可增强与凝胶纤维网络的相互作用，从而增强复合凝胶的力学强度。球霰石具有高比表面积，与水凝胶网络有很强的界面相互作用，因此可作为交联剂提高水凝胶的机械性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：