[发明专利]一种力学活性骨组织工程支架的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种力学活性骨组织工程支架的制备方法及其应用，即通过对电纺仿生纤维基3D支架进行压缩塑形处理使其具有形状记忆特性和力学活性，之后在受热刺激作用和回复受限的情况下，使塑形支架依靠自身的形状回复力在骨缺损处施加原位力学刺激以促进骨形成和骨重塑。本发明为基于组织工程方法的骨缺损的再生性修复提供新的原位施加力学刺激方式，增强生物材料支架对骨缺损的诱导再生作用，促进形状记忆聚合物在骨组织工程中的应用和临床转化。

技术领域

本发明属于组织工程生物材料领域，特别涉及一种可原位施加力学刺激的力学活性纤维基骨组织工程支架的制备方法。

背景技术

骨组织工程方法通常是基于干细胞技术、生物材料支架及各种生化信号作用来实现对不同类型骨缺损的再生性修复和功能重建。“完美”的骨组织再生性修复取决于重建缺损骨组织的生物和力学微环境。尽管目前通过不同种类的生物材料负载生物活性因子构建生物学微环境的方式已发展出了多种类型的具生物活性的骨替代物[Biomaterials 2011,32(1):65-74；Biomaterials2016,83:363-382；Nat.Commun.2020,11(1):No.1365；Biomaterials 2021,276:No.120995]，考虑到骨组织是一种力学敏感组织，在植入部位引入力学刺激信号作为一种介入手段将可以有效提高对骨缺损的再生修复功效[Biomaterials 2010,31(8):2446-2452；Nat.Commun.2021,12(1):No.1031；Biomaterials2021,279:No.121203]。虽然体外构建骨组织工程植入体时，可以依赖生物反应器来提供力学信号[Biomaterials 2010,31(33):8684-8695；J.Biomed.Mater.Res.B 2021,110(2):321-337]，但在植入体植入后如何在缺损部位施加力学刺激以促进成骨仍是挑战性的难题。因此，在生物活性支架的基础上开发可以产生内源性力学刺激的骨组织工程支架(即力学活性骨组织工程支架——施加的力学刺激是由植入的支架自身来实现)，构建适合骨细胞生长和组织重塑的力学微环境成为了亟待解决的关键问题。基于形状记忆材料的形状记忆效应(SME)，利用其受限回复时产生的回复力作用，将为构建力学活性骨组织工程支架提供可能。

发明内容

本发明所要解决的核心问题是提高原位骨组织工程方法对损伤骨组织的再生修复功效，因而开发一种能够提供自主施加力学刺激的力学活性骨组织工程支架的制备方法。其基本原理是在具有生物活性的骨组织工程支架上，通过塑形处理使其具有形状记忆特性和力学活性，然后在回复受限情况下触发形状回复过程通过SME产生形状回复力，从而引入力学刺激促进骨形成和骨重塑。

一种力学活性骨组织工程支架的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：制备负载生物活性成分的生物可降解形状记忆聚合物纤维膜；

步骤S2：将步骤S1中的生物活性纤维膜制备成3D结构；

步骤S3：对步骤S2中的3D结构进行压缩塑形-固定处理，得到力学活性骨组织工程支架。

优选的是，本发明步骤S1中的生物活性成分包括促成骨药物，为地塞米松、骨形态发生蛋白、甲状旁腺激素、阿巴拉帕肽中的一种或几种。

优选的是，本发明步骤S1中的生物活性成分包括具有募集细胞作用的生物活性成分，可以为富血小板血浆、血小板裂解物、基质细胞衍生因子1α中的一种或几种。

优选的是，本发明步骤S1中的生物可降解形状记忆聚合物的玻璃化转变温度为38-45℃。

优选的是，本发明步骤S1中的生物可降解形状记忆聚合物为聚乳酸PLA、聚己内酯PCL、乳酸-己内酯共聚物PLCL、乳酸-乙醇酸共聚物PLGA、乳酸-碳酸酯共聚物PLMC、聚氨酯PU、对二氧环己酮PDO、甘油-十二烷二酸酯共聚物PGD中的一种或几种。