一种力学增强的复合组织工程支架材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种力学增强的复合组织工程支架材料及其制备方法。该复合材料含蚕丝网、明胶、丝素蛋白与多孔微球。将多孔微球与丝素蛋白水溶液和明胶水溶液共混后注入含有蚕丝网的模具内，冷冻干燥获得丝网/明胶/多孔微球/丝素蛋白复合支架，1％碳化二亚胺(EDC)交联8h，漂洗，干燥，获得力学增强最终产物。本发明专利技术支架材料具有良好的生物相容性、可降解性，力学可调性，适用于软骨及其他相关临床缺损修复重建。本发明专利技术制备工艺简单，易于操作，制备过程安全、绿色、环保，而且成本低廉，适合批量生产。

A Mechanically Enhanced Composite Tissue Engineering Scaffold Material and Its Preparation Method

The invention discloses a mechanically enhanced composite tissue engineering scaffold material and a preparation method thereof. The composite material contains silk screen, gelatin, silk fibroin and porous microspheres. The porous microspheres were blended with silk fibroin solution and gelatin solution and then injected into the mould containing silk mesh. The silk mesh/gelatin/porous microspheres/silk fibroin composite scaffolds were obtained by freeze-drying. The scaffolds were crosslinked with 1% EDC for 8 hours, rinsed and dried to obtain the final products of mechanical enhancement. The scaffold material of the invention has good biocompatibility, degradability and mechanical adjustability, and is suitable for repairing and reconstructing cartilage and other related clinical defects. The preparation process of the invention is simple, easy to operate, safe, green and environmentally friendly, and has low cost, and is suitable for mass production.

【技术实现步骤摘要】
一种力学增强的复合组织工程支架材料及其制备方法
本专利技术属于生物医学材料领域，具体涉及一种力学增强的复合组织工程支架材料及其制备方法。
技术介绍
各种原因导致的组织、器官缺损或功能障碍是危害人类健康的主要原因之一【LangerR.Tissueengineering:anewfieldanditschallenges[J].PharmaceuticalResearch,1997,14(7):840-841.】，而组织、器官的缺损修复和功能重建也是医学领域所面临的巨大挑战。对于临床常见的组织、器官缺损或功能障碍，传统的治疗手段包括组织和器官移植、外科重建等，但无论是器官移植还是外科重建，都会涉及到供体的问题。异体组织或者器官用于治疗存在免疫排斥反应及供体缺乏问题，无法满足现有临床需求。而自体组织移植是以损伤健康组织为代价的“以伤治伤”的修复模式【ZhouG,JiangH,YinZ,etal.InVitroRegenerationofPatient-specificEar-shapedCartilageandItsFirstClinicalApplicationforAuricularReconstruction[J].Ebiomedicine,2018,28(C).】，虽然避免了免疫排斥反应，但是对健康组织造成了一定的损伤。组织工程技术的兴起为组织、器官的修复重建开辟了一条新的道路。组织工程的目的是开发组织和器官的替代品，以维持、恢复或增强患者组织器官的相关功能【KhademhosseiniALangerR.Adecadeofprogressintissueengineering[J].NatureProtocols,2016,11(10):1775.】。近些年来，组织工程技术作为再生医学的重要组成部分得到了迅速的发展，组织、器官缺损的治疗理念逐渐从组织、器官移植向组织、器官再生的方向转变。组织工程作为一种崭新的治疗手段被提出，并逐渐成为一种非常有希望的组织再生和器官再造的医疗手段。在组织工程技术中，组织工程支架材料作为种子细胞的“土壤”，在组织工程技术研究过程中起着至关重要的作用。目前，组织工程支架材料主要分为天然高分子材料、人工合成高分子材料和复合支架材料。天然高分子材料主要包括胶原、明胶、壳聚糖、透明质酸、海藻酸等，此类材料具有良好的生物相容性，有利于细胞的增殖，但缺点是降解过快，机械性能不足，新生组织往往达不到很好的塑型；人工合成高分子材料主要包括聚乳酸(PLA)、聚羟基乙酸(PGA)或者二者的共聚物(PLGA)等一些聚酯类材料，这类材料具有良好的可塑性，机械性能较强，降解周期相对较长，可以提供更长时间的支架作用，而且还可根据需要调节分子量的大小，但其缺点是材料具有一定的疏水性，不利于种子细胞粘附，除此之外，其降解产物还会造成无菌炎症反应；而材料的降解速率和组织生长速率不匹配更是制约组织修复材料的瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种力学增强的复合组织工程支架材料及其制备方法。本专利技术提供的复合组织工程支架材料，包括骨架和填充在所述骨架材料之间的填充物；构成所述骨架的材料为丝网；构成所述填充物的材料选自明胶、水溶性丝素蛋白、胶原和透明质酸中至少一种。上述复合组织工程支架材料中，所述丝网为蚕丝网或聚酯类高分子材料纤维网；所述蚕丝网具体为桑蚕丝网、柞蚕丝网或野蚕丝网；所述聚酯类高分子材料纤维网具体为PLA纤维网、PGA纤维网或PCL纤维网；所述水溶性丝素蛋白为桑蚕丝素蛋白、柞蚕丝素蛋白或野蚕丝素蛋白。所述水溶性丝素蛋白可直接由商购途径获得，也可将商购获得的非水溶性丝素蛋白按照各种常规方法进行纯化，使其具备水溶性；如具体可按照如下方法进行水溶性化：取2g丝素粉置于10mL9.3M的LiBr溶液中，并在60℃油浴锅中加热搅拌4h使其完全溶解，将所得溶液转入透析袋(3500D)中，去离子水透析3-4d，每4h更换去离子水一次；所得溶液10000rpm离心10分钟，重复3次，取上清过微孔滤膜，得到丝素蛋白水溶液，4℃保存，通过冷冻干燥确定丝素蛋白浓度。构成所述填充物的材料具体可由明胶和水溶性丝素蛋白组成；所述明胶、水溶性丝素蛋白的质量比具体为30-90mg：3-15mg。所述复合组织工程支架材料呈三维多孔结构，孔隙率为78.91±0.89％-94.10±1.45％，膨胀率均值为115.65±4.65％。所述复合组织工程支架材料中还包括多孔微球；所述多孔微球分散在所述填充物中；具体的，所述多孔微球为聚乳酸(PLA)多孔微球或聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)多孔微球；所述聚乳酸(PLA)多孔微球具体为左旋聚乳酸(PLLA)多孔微球；所述多孔微球的粒径为100-300μm；具体可为245±35μm；孔径为20-40μm；具体可为27±4.8μm。具体的，所述复合组织工程支架材料，由蚕丝网、填充在所述蚕丝网之间的明胶、水溶性丝素蛋白和PLLA多孔微球组成；所述蚕丝网、明胶、水溶性丝素蛋白和PLLA多孔微球的质量比具体为2-3mg：30-90mg：3-15mg：0-15mg；更具体可为2mg：30mg：3mg：0、3mg：90mg：15mg：15mg、2.67mg：70mg：10mg：10.67mg、2.67mg：90mg：3mg：0或2.67mg：90mg：3mg：13.3mg。本专利技术提供的制备所述复合组织工程支架材料的方法，为物理共混的方法，包括：1)将构成所述骨架的材料铺于模具中；将构成所述填充物的材料与水混合，得到混悬液；2)将所述混悬液注入步骤1)所得模具中，冷却成型后浸入交联剂中交联，得到所述复合组织工程支架材料。上述方法所述混悬液中，明胶的质量百分浓度为3-9％；具体可为7％；水溶性丝素蛋白的浓度为3-15mg/mL；具体可为10mg/mL。所述步骤1)中，将构成所述骨架的材料铺于模具中具体可为：将蚕丝网均匀撑开成网状结构，裁剪为长7cm，宽4cm，厚0.5cm的蚕丝网，质量为30-45mg，并将此蚕丝网铺入7cm×4cm×1cm的模具内；所述方法还包括：在所述步骤1)制备混悬液时，加入所述多孔微球；所述多孔微球在所述混悬液中的质量百分浓度为0-15mg/mL，且不为0；具体可为10.67mg/mL。所述步骤2)中，交联剂为碳化二亚胺(EDC)的水溶液；所述交联剂的质量百分浓度为0.5％-2％；具体为1％；所述交联步骤中，温度为室温；时间为4-12h；具体为8h。所述方法还可包括：在所述步骤1)之前，将构成所述骨架的材料尤其是蚕丝网进行脱胶。该脱胶方法可为各种常用已知方法。如可用如下方法对蚕丝网进行脱胶：将桑蚕茧壳置于0.6％的NaHCO3溶液中煮沸20min，去离子水中漂洗2-3次，重复上述操作3次，60℃烘干备用；将柞蚕茧壳置于0.5％的Na2CO3溶液中煮沸20min，去离子水中漂洗2-3次，重复上述操作3次，60℃烘干备用。所述方法还可包括：在所述步骤2)冷却成型步骤之后，所述交联步骤之前，将冷却成型所得产物冻干；所述冻干步骤中，冻干方法为各种常规方法；具体可为真空冷冻干燥，冻干温度具体可为-55℃。另外，上述本专利技术提供的复合组织工程支架材料在制备组织修复产品中的应用，也属于本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合组织工程支架材料，包括骨架和填充在所述骨架材料之间的填充物；构成所述骨架的材料为丝网；构成所述填充物的材料选自明胶、水溶性丝素蛋白、胶原和透明质酸中至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种复合组织工程支架材料，包括骨架和填充在所述骨架材料之间的填充物；构成所述骨架的材料为丝网；构成所述填充物的材料选自明胶、水溶性丝素蛋白、胶原和透明质酸中至少一种。2.根据权利要求1所述的复合组织工程支架材料，其特征在于：所述丝网为蚕丝网或聚酯类高分子材料纤维网；所述蚕丝网具体为桑蚕丝网、柞蚕丝网或野蚕丝网；所述聚酯类高分子材料纤维网具体为PLA纤维网、PGA纤维网或PCL纤维网；所述水溶性丝素蛋白为水溶性桑蚕丝素蛋白、水溶性柞蚕丝素蛋白或水溶性野蚕丝素蛋白；所述复合组织工程支架材料呈三维多孔结构，孔隙率为78.91±0.89％-94.10±1.45％，膨胀率均值为115.65±4.65％。3.根据权利要求1或2所述的复合组织工程支架材料，其特征在于：所述复合组织工程支架材料中还包括多孔微球；所述多孔微球分散在所述填充物中；具体的，所述多孔微球为聚乳酸多孔微球或聚乳酸-羟基乙酸共聚物多孔微球；所述多孔微球的粒径为100-300μm；孔径为20-40μm。4.根据权利要求3所述的复合组织工程支架材料，其特征在于：所述复合组织工程支架材料由蚕丝网、填充在所述蚕丝网之间的明胶、水溶性丝素蛋白和PLLA多孔微球组成；所述蚕...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志敏，李晓凯，李敏，
申请(专利权)人：中国医学科学院生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12