[发明专利]人工软骨植入物预成型体及制备方法和应用、类生人工软骨植入物胶原纤维原位构建方法

说明书

本发明提供了一种人工软骨植入物预成型体及其制备方法和应用、类生人工软骨植入物胶原纤维原位构建方法，属于医疗器械技术领域。生物相容基体具备良好的生物相容性、结构稳定性、表面平滑性与耐磨性，其仿生纤维结构的成型以人体膝关节软骨的胶原纤维结构特征为仿生参考，以可降解纤维为孔道构筑预成型体，随着纤维的逐步降解，水凝胶基体中微纳级孔道形成并缓释细胞生长活性离子，以孔道结构为通路，容纳、诱导自体软骨细胞沿孔道繁殖、生长、分化、成骨，实现自体软骨胶原纤维增强结构的原位成型，形成具备人体软骨生物力学特征与活性机能的类生人工关节软骨植入物。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种人工软骨植入物预成型体及其制备方法和应用、类生人工软骨植入物胶原纤维原位构建方法。

背景技术

膝骨关节是人体骨骼中结构最复杂的敏感部位，其中关节软骨具有承担载荷、缓冲负荷、稳定关节和润滑关节等重要功能。骨关节炎、软骨坏死、半月板撕裂等关节病症对人的健康生活造成极大影响。由于关节软骨缺少血运，成熟软骨细胞代谢缓慢，生长分化能力低，故体内关节软骨自身修复能力极其有限，一旦造成损伤或病变，不具备完全愈合能力，若治疗不及时或不恰当，将导致严重的功能障碍。目前临床上的治疗方法还无法使软骨组织完全再生，只可通过局部修复、自体/异体软骨移植、人工软骨假体置换等组织工程重建方式根除病灶以恢复关节活动能力；但软骨移植受供体来源以及免疫排斥等问题限制，而人工软骨假体往往采用单一材料标准化制备，不仅结构力学难以满足关节生物力学要求，形貌特征也无法与关节解剖结构完全契合，松脱、磨损等后遗症导致其植入寿命往往不足20年。

近年来，使用自体软骨细胞移植(ACI)以及采用人工植入物载入自体软骨细胞移植(MACI)来进行软骨修复替换成为新兴起的治疗手段，其中MACI可以在ACI的基础上极大地简化手术步骤，提高人工软骨的安全性及有效性(CN201810559175.4、CN201710952296.0)。然而，人工软骨植入物材料往往采用聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙烯醇(PVA)等人工合成高分子，由于单组分合成材料的骨诱导性差且结构性能较弱，不能满足支架细胞外基质中仿生有序胶原束结构形成，目前主要通过掺杂羟基磷灰石、磷酸钙、石墨烯等零维功能性粒子的方式对材料进行改性提升其生物活性。然而，改性植入物结构仍为均质各向同性特征，与人体富含胶原纤维的各向异性软骨结构完全不同，不具备仿生结构力学行为。

另一方面，目前已有相关专利(CN201710999938.2、US 2021/0137691)提出采用碳纤维、凯夫拉等高性能纤维，通过编织工艺构建类似软骨内胶原纤维结构的仿生纤维结构，再与高分子基体复合构成具备仿生力学的软骨植入物。该类技术虽然在结构力学上可满足人工软骨的生物力学要求，但非自体纤维材料在患者体内引发的过敏反应和排斥问题难以避免。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种人工软骨植入物预成型体及其制备方法和应用、类生人工软骨植入物胶原纤维原位构建方法。本发明的人工软骨植入物预成型体以可降解纤维为软骨成型引导纤维，通过自体软骨细胞植入与体外培养的方式，使可降解纤维发生体外降解并在生物相容高分子基体中形成微纳级孔道，可降解纤维降解后诱导自体软骨细胞向微纳孔道生长繁殖，分化构成胶原纤维结构，从而形成富含自体软骨胶原纤维结构的人工软骨植入物，实现人工软骨植入物从当前“仿生命材料”(仿生)阶段向“类生命材料”(类生)跨越。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种人工软骨植入物预成型体，包括生物相容基体和可降解纤维，所述可降解纤维在基体中交错穿插形成微纳级孔道，所述人工软骨植入物预成型体中可降解纤维的体积含量为5～50％。

优选地，所述可降解纤维包括可降解磷酸盐基生物玻璃纤维和/或镁合金纤维。

优选地，所述可降解纤维包括连续纤维或短切纤维，所述短切纤维的长度为0.1～5mm，所述连续纤维的形态包括单向0°、编织、0°/90°交错、0°/45°交错和0°/45°/90°交错中的一种或多种。