一种组织工程软骨复合支架及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种组织工程软骨复合支架及制备方法，其中复合支架包括：具有孔隙结构的支架本体，所述支架本体由医用高分子材料通过快速成型技术制备而成；以及复合在所述支架本体的孔隙结构中以及支架本体表面的水凝胶，所述水凝胶中混合有骨髓间充质干细胞。本发明专利技术通过将水凝胶与医用高分子材料制成的支架本体复合，制得的组织工程软骨复合支架既具有医用高分子材料良好的机械强度，又能通过水凝胶保持高的水分含量，在支架内部及表面为骨髓间充质干细胞的物质交换以及向软骨细胞分化提供良好的微环境。

Composite scaffold for tissue engineering cartilage and preparation method thereof

The invention relates to a composite scaffold for cartilage tissue engineering and a preparation method thereof, wherein the composite bracket includes a bracket body with pore structure, the bracket body is made of medical polymer materials by rapid prototyping technology was prepared; and the pore structure of composite in the bracket body and the bracket body surface of the hydrogel. The hydrogel mixed with bone marrow mesenchymal stem cells. The bracket body made of composite hydrogel and medical polymer materials, cartilage tissue engineering scaffolds prepared has good mechanical strength of medical polymer materials, but also can keep high moisture content through the hydrogel, in and on the surface of scaffold for bone marrow mesenchymal stem cells material exchange and provide a good microenvironment chondrogenic differentiation.

【技术实现步骤摘要】
一种组织工程软骨复合支架及制备方法
本专利技术涉及生物材料与组织工程
，尤其涉及一种组织工程软骨复合支架及制备方法。
技术介绍
关节软骨是一种无血管、神经和淋巴的组织，这种结构特点使损伤的软骨组织自修复能力十分有限。关节软骨损伤后只有极低或没有有效的自身修复能力，损伤继续发展会导致进行性关节软骨破坏和骨性关节炎。目前临床上常用的软骨修复技术包括骨髓刺激技术、自体骨软骨移植、异体骨软骨移植、自体软骨细胞移植技术等。目前，软骨组织工程技术是再生关节软骨的的最佳方法之一。合适的支架材料、种子细胞、生长信号是组织工程的三个基本要素。理想的支架材料应具备以下几个特点：l)可控的降解性能；2)有利于细胞生长、分化以及细胞外基质的合成；3)便于营养物质和代谢产物的运输；4)具有合适的力学性能；5)和周围的组织进行良好整合。水凝胶是水分含量较高的三维交联多孔网状结构，其中温度敏感性水凝胶已经被广泛应用于软骨组织工程领域。温敏水凝胶包括天然衍生的水凝胶和合成来源的水凝胶。天然温敏水凝胶包括胶原、明胶和壳聚糖等。合成温敏水凝胶包括聚醚、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、多肽和聚酯等。然而单纯温敏性水凝胶的主要缺点为机械强度不够。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有水凝胶支架的机械强度不够的缺陷，提供一种在三维立体支架上复合水凝胶的组织工程软骨复合支架及制备方法。本专利技术第一方面，提供了一种组织工程软骨复合支架，包括：具有孔隙结构的支架本体，所述支架本体由医用高分子材料通过快速成型技术制备而成；以及复合在所述支架本体的孔隙结构中以及支架本体表面的水凝胶，所述水凝胶中混合有骨髓间充质干细胞。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述医用高分子材料为聚己内酯、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙二醇或聚醚醚酮。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述水凝胶为胶原、壳聚糖或PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述支架本体的孔隙结构为通过熔融沉积成型形成的在三个维度上互通的孔隙结构。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述支架本体由聚己内酯制成，所述支架本体由纤维方向互成90°的多层聚己内酯纤维叠加而成，且纤维直径为300～350μm，纤维间距为350～400μm。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述支架本体由聚乳酸-羟基乙酸共聚物制成，所述支架本体由纤维方向互成90°的多层聚乳酸-羟基乙酸共聚物纤维叠加而成，且纤维直径为200～300μm，纤维间距为300～350μm。本专利技术第二方面，提供了一种组织工程软骨复合支架的制备方法，包括以下步骤：S1、采用医用高分子材料通过快速成型技术制备具有孔隙结构的支架本体；S2、将骨髓间充质干细胞悬液加入水凝胶溶液中，制备水凝胶细胞混合悬液，将所述水凝胶细胞混合悬液滴加于所述支架本体上，直至水凝胶细胞混合悬液渗透入所述支架本体的孔隙结构中并覆盖支架本体表面。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述水凝胶为PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物；所述步骤S2包括：S2-1、将PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物与磷酸缓冲盐溶液在4～6℃充分搅拌溶解后形成三嵌段共聚物溶液，其中PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物的质量分数为12％～16％；S2-2、将三嵌段共聚物溶液与骨髓间充质干细胞悬液在18～22℃时混合均匀形成包裹细胞的水凝胶细胞混合悬液；其中，水凝胶细胞混合悬液中骨髓间充质干细胞的细胞浓度为5×105-2×106/ml；S2-3、将所述水凝胶细胞混合悬液滴加于支架本体上，置于离心管中，在4℃以180～220rpm/min离心10～20分钟；取出离心后的支架本体置于37℃环境下，得到所述组织工程软骨复合支架。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述支架本体由聚己内酯制成；所述步骤S1包括：S1-1、将聚己内酯材料置入熔融沉积成型三维打印机的喷头内加热至120～130℃，并在600～1000kPa的气压下准备打印；S1-2、将纤维直径设置为300～350μm，纤维间距设置为350～400μm，以0.8～1mm/s的速度打印出支架本体。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述支架本体由聚乳酸-羟基乙酸共聚物制成；所述步骤S1包括：S’1-1、将聚乳酸-羟基乙酸共聚物与有机溶剂以1:6～1:8的质量比混合，配置PLGA溶液，在所述PLGA溶液中加入氯化钠颗粒得到打印浆料，其中PLGA与加入的氯化钠颗粒的质量比为1:1～2:1，将所述打印浆料置入熔融沉积成型三维打印机的喷头内，并在20～30℃温度及100～300kPa的气压下准备打印；S’1-2、将纤维直径设置为200～300μm，纤维间距设置为300～350μm，以3～6mm/s的速度打印出含有氯化钠颗粒的支架本体，并通过干燥去除所述有机溶剂；S’1-3、将含有氯化钠颗粒的支架本体置入水中浸泡，待氯化钠溶出后干燥得到支架本体。本专利技术的上述技术方案具有如下优点：1、本专利技术通过将水凝胶与快速成型制备的具有孔隙结构的医用高分子支架复合，制得的组织工程软骨复合支架既具有医用高分子材料良好的机械强度，又能通过水凝胶保持高的水分含量，在支架内部及表面为骨髓间充质干细胞的物质交换以及向软骨细胞分化提供良好的微环境。2、本专利技术的水凝胶优选采用温度敏感性水凝胶材料，可在液态下与支架复合，并在37℃环境下转变成凝胶状，进而在医用高分子材料制成的三维立体的支架本体内形成水分含量较高的三维交联多孔网状结构，为骨髓间充质干细胞的生长提供环境。3、本专利技术的水凝胶优选为PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物，并且得出最佳的溶液浓度为12％～16％，如果水凝胶浓度过高则粘度过大，不利于进入支架的内部孔隙结构，如果水凝胶浓度过小则凝胶无法维持一定形状，即无法成胶，因此无法起到包裹细胞的作用。同时PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物具有良好的生物降解性和生物相容性，适用于对软骨缺损进行修复。4、可选地，本专利技术的支架采用PCL材料制备，并针对PCL设计了最佳的纤维直径和纤维间距分别为300～350μm以及350～400μm，可以在保障力学性能的同时，有利于水凝胶进入支架内部的孔隙结构中。5、可选地，本专利技术的支架采用PLGA材料制备，并通过添加赋形剂实现低温打印，克服了高温熔融打印PLGA支架造成的孔径尺寸过大(>500μm)或者过小(<100μm)的缺陷，制得的PLGA支架的孔径为300～350μm左右，是最佳组织工程软骨支架，易于存留细胞，同时具有更好的表面活性，能促进细胞增殖，同时兼备良好的机械力学性能。6、本专利技术还对低温打印PLGA支架的工艺进行了大量研究，得出PLGA与有机溶剂以1:6～1:8的质量比混合，并且PLGA与氯化钠颗粒按照1:1～2:1的质量比配制时，可以成功地打印出形态完整的三维支架，并且通过将纤维直径设置为200～300μm，纤维间距设置为300～350μm，可以得到最佳的力学性能及降解速度。附图说明图1为根据本专利技术较佳实施例的组织工程软骨复合支架的结构示意图；图2为根据本专利技术较佳实施例的组织工程软骨复合支架的制备方法流程图；图3为根据本专利技术的组织工程软骨复合支架经体外复合培养后的实物照片；图4A-4F为根据本专利技术的激光共本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组织工程软骨复合支架，其特征在于，包括：具有孔隙结构的支架本体，所述支架本体由医用高分子材料通过快速成型技术制备而成；以及复合在所述支架本体的孔隙结构中以及支架本体表面的水凝胶，所述水凝胶中混合有骨髓间充质干细胞。

【技术特征摘要】
1.一种组织工程软骨复合支架，其特征在于，包括：具有孔隙结构的支架本体，所述支架本体由医用高分子材料通过快速成型技术制备而成；以及复合在所述支架本体的孔隙结构中以及支架本体表面的水凝胶，所述水凝胶中混合有骨髓间充质干细胞。2.根据权利要求1所述的组织工程软骨复合支架，其特征在于，所述医用高分子材料为聚己内酯、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙二醇或聚醚醚酮。3.根据权利要求1所述的组织工程软骨复合支架，其特征在于，所述水凝胶为胶原、壳聚糖或PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物。4.根据权利要求1-3中任一项所述的组织工程软骨复合支架，其特征在于，所述支架本体的孔隙结构为通过熔融沉积成型形成的在三个维度上互通的孔隙结构。5.根据权利要求4所述的组织工程软骨复合支架，其特征在于，所述支架本体由聚己内酯制成，所述支架本体由纤维方向互成90°的多层聚己内酯纤维叠加而成，且纤维直径为300～350μm，纤维间距为350～400μm。6.根据权利要求4所述的组织工程软骨复合支架，其特征在于，所述支架本体由聚乳酸-羟基乙酸共聚物制成，所述支架本体由纤维方向互成90°的多层聚乳酸-羟基乙酸共聚物纤维叠加而成，且纤维直径为200～300μm，纤维间距为300～350μm。7.一种组织工程软骨复合支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用医用高分子材料通过快速成型技术制备具有孔隙结构的支架本体；S2、将骨髓间充质干细胞悬液加入水凝胶溶液中，制备水凝胶细胞混合悬液，将所述水凝胶细胞混合悬液滴加于所述支架本体上，直至水凝胶细胞混合悬液渗透入所述支架本体的孔隙结构中并覆盖支架本体表面。8.根据权利要求7所述的组织工程软骨复合支架的制备方法，其特征在于，所述水凝胶为PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物；所述步骤S2包括：S2-1、将PLGA-PEG-PLG...

【专利技术属性】
技术研发人员：余家阔，王少杰，丁建勋，张磊，
申请(专利权)人：北京大学第三医院，中国科学院长春应用化学研究所，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11