一种3D的组织工程支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D的组织工程支架及其制备方法，具体地，本发明专利技术公开的组织工程支架包括以下组分：(i)可光降解的聚合物；(ii)可生物降解的聚合物。本发明专利技术所述的组织工程支架不仅具有良好的光降解性，还具有降解速率可调、降解部位可设计、外观和内部微结构皆精确可控的特点，因此，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及组织工程支架领域，具体地，涉及一种3D的组织工程支架及其制备方法。
技术介绍
每年都有着数以万计的患者因为缺乏合适的供体和有效的器官替代物而死亡，同时各类的外科修复手术费用高达百亿美元。组织工程就是在这种大背景下应运而生的新兴交叉学科，结合生命科学与工程学的基本理论，解决组织或器官缺损所致的功能障碍或丧失的治疗问题，提高人类的生存质量。组织工程学的基本原理和方法是将在体外培养、扩增的正常组织细胞种植到具有良好生物相容性且在体内可逐步降解吸收的组织工程多孔支架上，形成细胞-支架复合物，细胞在支架上增殖、分化，然后将此复合物植入机体组织病损部位，在体内继续增殖并分泌细胞外基质，伴随着材料的逐步降解，形成新的与自身功能和形态相适应的组织或器官，从而达到修复病损组织或器官的目的。组织工程支架是组织工程的最基本构架，构筑具有特定物理、机械及生物性能的组织工程支架是组织工程的关键问题之一。理想的组织工程支架应符合以下条件：1、良好的生物相容性：使细胞可黏附和增殖，无明显的细胞毒性、炎症反应和免疫排斥，不会因邻近组织的排异反应而影响新组织的功能；2、可降解性及合适的降解速率：当移植的细胞或组织在受体内存活时，支架材料可自行降解，降解吸收速率能与细胞、组织生长速率相匹配；3、合适的孔尺寸、高的孔隙率和相连通的孔形态：以利于大量细胞的种植、细胞和组织的生长、细胞外基质的形成、氧气和营养的传输、代谢物的排泄以及血管和神经的长入；4、高的表面积、合适的表面理化性质和良好的细胞界面关系：以利于细胞黏附、增殖、分化以及负载生长因子等生物信号分子；5、与植入部位组织的力学性能相匹配的结构强度：以在体内生物力学微环境中保持结构稳定性和完整性，并为植入细胞提高合适的微应力环境；6、便于加工成理想的二维或三维结构，可以获得所需的组织或器官形状，易于重复制作，而且移植到体内后能保持原有形状(Prog.Polym.Sci.2012,37:237-280)。生物3D打印技术是把三维快速成型技术与组织工程技术相结合，打印出具有良好生物相容性、优异力学性能、理想三维微观结构及可控宏观外形的支架的一种新兴技术。利用3D打印技术则可以根据不同患者的CT、磁共振成像(MRI)等成像数据，快速制造个性化的组织工程支架材料，甚至可以携带细胞对组织缺损部位进行原位细胞打印，该技术不仅能实现材料与患者病变部位的完美匹配，而且能在微观结构上调控材料的结构，以及细胞的排列，更有利于促进细胞的生长与分化，获得理想的组织修复效果(MaterialsToday,2013,16:496-504)。用于生物3D打印的具有一定机械强度的可降解生物材料中，比较普遍应用的是基于酯基、酰胺和酸酐基团的可水解降解合成生物高分子，如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)及其共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)等。打印后的三维多孔支架在体外缓冲溶液中或在体内体液环境中能够缓慢被水渗透，并发生水解降解。然而现有研究中缺乏对3D打印组织工程支架降解的有效调控。光降解调控技术是基于光降解材料基础上的，主要指聚合物在光照下受到光氧作用吸收光能(主要为紫外光能)而发生光引发断链反应和自由基氧化断链反应即Norrish光化学反应而降解成对环境安全的低分子量化合物。然而现有对于光降解调控技术的研究中，主要集中于合成光降解型交联剂并用于交联水/微凝胶以及合成光降解型嵌段共聚物并自组装形成纳米粒子的研究(Macromolecules,2012,45:1723-1736)，这些光降解型交联剂以及嵌段共聚物都不适用于生物3D打印技术制备组织工程支架。因此，本领域迫切需要开发一种适用于3D打印、并且能够调控光降解速率的组织工程支架。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于3D打印、并且能够调控光降解速率的组织工程支架。本专利技术的第一方面提供了一种3D的组织工程支架，所述组织工程支架包括以下组分：(i)可光降解的聚合物；和(ii)可生物降解的聚合物。在另一优选例中，所述可光降解的聚合物为含硝基苯酯基团的聚酯类聚合物(PESNB)，其结构如式I所示，其中，R＝(OCH(CH3)CO)mOCxH2x、(OCH(CH3)CO)l(OCH2CO)pOCxH2x、(OCH2CO)qOCxH2x或(O(CH2)5CO)rOCxH2x；n＝1～10的整数，m＝10～40的整数，l＝1～40的整数，p＝1～60的整数，l+p＝13～61的整数，q＝15～60的整数，r＝5～30的整数，x＝2～6的整数。在另一优选例中，所述可生物降解的聚合物为聚酯类聚合物。在另一优选例中，所述聚酯类聚合物选自下组：聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、或其组合。在另一优选例中，所述(i)可光降解的聚合物与所述(ii)可生物降解的聚合物的重量比为0.8-1.2:0.1-100，较佳地，1:0.2-80，更佳地，1:0.2-60，更佳地，1:0.2-20，最佳地，1:0.2-10。在另一优选例中，所述(i)可光降解的聚合物与所述(ii)可生物降解的聚合物在所述组织工程支架中占的重量比为20％-100％，较佳地，50％-100％，更佳地，80％-100％，最佳地，90％-100％。在另一优选例中，所述可光降解的聚合物的重均分子量为1000-100000，较佳地，5000-80000，更佳地，8000-40000。在另一优选例中，所述可光降解的聚合物的数均分子量为1000-40000，较佳地，5000-40000，更佳地，8000-40000。在另一优选例中，所述可生物降解的聚合物的重均分子量为0.5～100万，较佳地，1～50万，更佳地，2～10万。在另一优选例中，所述可生物降解的聚合物的数均分子量为0.3～50万，较佳地，0.8～30万，更佳地，2～10万。在另一优选例中，所述组织工程支架为多孔结构。在另一优选例中，所述组织工程支架为三维多孔结构。在另一优选例中，所述组织工程支架的孔径为10-1000μm，较佳地，50-800μm，更佳地，100-500μm。在另一优选例中，所述组织工程支架的纤维直径为20-1000μm，较佳地，50-800μm，更佳地，100-300μm。在另一优选例中，所述组织工程支架的形状选自下组：立方体、圆柱体、组织器官形态(如下颌骨组织)、或其组合。在另一优选例中，所述组织工程支架为多层纤维结构。在另一优选例中，所述组织工程支架的纤维夹角为30°、45°、60°、75°或90°。在另一优选例中，所述组织工程支架的第n+2层与第n层的纤维错开100～300μm。在另一优选例中，所述组织工程支架为固化的。在另一优选例中，所述组织工程支架具有以下一种或多种特性：(i)光降解特性，当用光强30mW/cm2的紫外光照射15min，所述支架的质量损失≥0.2％，较佳地，≥0.5％；(ii)机械性能，压缩模量大于0.1Mpa。本专利技术第二方面提供了一种适用于3D打印的打印混合物，包括：(i)可光降解的聚合物；和(ii)可生物降解的聚合物。在另一优选例中，所述可光降解的聚合物为含硫的芳基酯类聚合物。在另一优选例中，所述可光降解的聚合物为含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D的组织工程支架，其特征在于，所述组织工程支架包括以下组分：(i)可光降解的聚合物；和(ii)可生物降解的聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种3D的组织工程支架，其特征在于，所述组织工程支架包括以下组分：(i)可光降解的聚合物；和(ii)可生物降解的聚合物。2.如权利要求1所述的3D的组织工程支架，其特征在于，所述可光降解的聚合物为含硝基苯酯基团的聚酯类聚合物(PESNB)，其结构如式I所示，其中，R＝(OCH(CH3)CO)mOCxH2x、(OCH(CH3)CO)l(OCH2CO)pOCxH2x、(OCH2CO)qOCxH2x或(O(CH2)5CO)rOCxH2x；n＝1～10的整数，m＝10～40的整数，l＝1～40的整数，p＝1～60的整数，l+p＝13～61的整数，q＝15～60的整数，r＝5～30的整数，x＝2～6的整数。3.如权利要求1所述的3D的组织工程支架，其特征在于，所述可生物降解的聚合物为聚酯类聚合物。4.如权利要求3所述的3D的组织工程支架，其特征在于，所述聚酯类聚合物选自下组：聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、或其组合。5.如权利要求1所述的3D的组织工程支架，其特征在于，所述(i)可光降解的聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷瑞雪，张洪波，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31