用于骨组织工程的3D聚乳酸支架及其制备方法技术

本发明专利技术属于生物医药材料技术领域，具体涉及用于骨组织工程的3D聚乳酸支架及其制备方法。本发明专利技术主要包括两个步骤：(1)通过3D打印制造聚乳酸支架，(2)通过对支架表面修饰粗化并在支架表面引入明胶和粘酸。本发明专利技术的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架不仅具有良好的生物相容性和机械强度，还能抗菌、抗炎，增强细胞的粘附、增殖，此外还表现出更好的骨诱导、蛋白质吸附、降解、生物矿化、药物释放和细胞友好等特性，是一个在组织修复等生物医学领域具有潜在的应用前景的支架。的应用前景的支架。的应用前景的支架。

【技术实现步骤摘要】
用于骨组织工程的3D聚乳酸支架及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物医药材料
，具体涉及用于骨组织工程的3D聚乳酸支架及其制备方法。

技术介绍

[0002]骨骼相关缺陷的发生率越来越高已变成人们严重关注的问题，骨组织工程是促使受损组织再生的有前途的替代方法，而定制的支架介导的再生是组织再生领域中的新兴领域。聚乳酸(PLA)是热稳定的脂肪族聚酯，其单体形式来自甘蔗，玉米，甜菜和木薯。通过采用增塑和共聚等策略可以提高聚乳酸的韧性和延展性。研究发现天然的聚乳酸或与聚乙二醇(PEG)，纳米羟基磷灰石或偏磷酸钙(CMP)配对的聚乳酸均可诱导新的骨形成。尽管与天然材料相比，人工合成的支架具有更好的机械强度，但较低的生物活性仍然是主要技术难关。明胶(Gel)是一种通过控制胶原蛋白的部分水解而得到的多功能聚合物，其形成热可逆凝胶的能力使其适合于靶向给药应用。对于骨组织，理想的骨组织支架需具有生物活性和足够的机械强度、易于细胞黏附，但明胶在体内降解速度较快、机械性能差。植物化合物具有诱发骨骼再生的潜力。粘酸(MA)或2,3,4,5
‑
四羟己二酸是一种从余甘子叶中提取的植物化合物。大部分植物化合物是不溶于水的晶体，因此限制了它们在人体内的直接应用。这就需要以物质为基础向伤口部位输送植物化合物，因为这样可以确保更高的生物利用度。三维(3D)打印是一种制造复杂仿生结构有前途的技术。3d打印支架的给药潜力尤其重要，因为可以通过改变结构、孔径和连通性等参数来调节载药量和释放速率。
[0003]因此，需要开发一种可诱导细胞行为，促进软组织修复的支架，一方面，在应用方面具有良好的生物相容性和机械强度，高生物活性并具有抗菌、抗炎，增强细胞的粘附、增殖等特性，另一方面，需要规避传统聚乳酸支架强度低、生物活性差在使用过程中的局限性。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术的首要目的在于提供一种工艺条件温和、操作简单易行、对设备要求较低及易于工业化生产的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架的制备方法。本专利技术的第二个目的是提供上述方法制备的不仅具有良好的生物相容性和机械强度，还具有抗菌、抗炎，增强细胞的粘附、增殖等特性的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架。
[0005]本专利技术提供的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架的制备方法，具体技术方案如下：
[0006]用于骨组织工程的3D聚乳酸支架的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1，将聚乳酸长丝装入3D打印机中，加热到180
‑
200℃，制备3D聚乳酸支架；
[0008]S2，将步骤S1中的3D聚乳酸支架用碱液进行蚀刻处理1
‑
8小时，洗涤后冷冻过夜，再进行冻干处理6
‑
24小时，获得冻干聚乳酸支架；
[0009]S3，将步骤S2中的冻干聚乳酸支架浸润在粘酸和明胶的混合液中培养过夜，冷冻和冻干，获得复合聚乳酸支架；
[0010]S4，将步骤S3中的复合聚乳酸支架与交联剂在
‑
20℃交联过夜并洗涤，获得用于骨组织工程的3D聚乳酸支架。
[0011]在某些实施方式中，在步骤S1中，采用三维设计软件设计所述3D聚乳酸支架三维形态。3D聚乳酸支架三维形态为形成一层一层的逐层结构，从而构建了一定尺寸的圆柱形支架。支架由股线组成，股线的间隙长度均匀。
[0012]在某些实施方式中，在步骤S1中，所述聚乳酸长丝的纤度为20
‑
30D，强度为3
‑
5cN/dtex，断裂伸长率为25
‑
35％，热收缩为15
‑
25％。聚乳酸丝为医用级，主要特点是可降解，属于环保型纤维，可用有单丝、复丝等规格，优选易加工的单丝。
[0013]在某些实施方式中，在步骤S2中，所述碱液的浓度为0.2
‑
3.0mol/L，所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾的一种或两种。聚乳酸支架表面经过碱液化学蚀刻、表面粗化，使其表面能得到一种微观粗糙的结构，一方面提高明胶/粘酸与支架表面的结合力，另一方面可增强细胞的附着力和增殖特性。
[0014]在某些实施方式中，在步骤S2中，所述冷冻的温度和所述冻干的温度均小于等于
‑
20℃，优选
‑
20℃。
[0015]在某些实施方式中，在步骤S3中，所述粘酸的浓度为5
‑
25μmol/L，所述明胶重均分子量为5
‑
20万，所述明胶的浓度为0
‑
2W/V％。明胶是一种通过控制胶原蛋白的部分水解而得到的多功能聚合物，其形成热可逆凝胶的能力使其适合于靶向给药应用。与胶原有相同的组分和生物性质，并具有较高的生物相容性、生物可降解性且体内降解后不产生其他副产物、无免疫原性和血液相容性。
[0016]在某些实施方式中，在步骤S3中，所述冷冻的温度和所述冻干的温度均小于等于
‑
20℃。
[0017]在某些实施方式中，在步骤S4中，所述交联剂为10
‑
50mmol/L EDC，或者所述交联剂为10
‑
50mmol/L EDC添加有N
‑
羟基琥珀酰亚胺或N
‑
羟基硫代琥珀酰亚胺。
[0018]本专利技术还提供了根据上述方法制备的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架。
[0019]本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术基于3D打印快速获得聚乳酸支架，采用表面修饰策略使支架表面粗糙化，一方面增强了细胞的附着力和增殖特性，另一方面又可以非常有效、便捷地在支架表面引入有益物质，提升了传统聚乳酸支架没有优良的药物或有益物质装载和释放性能，是一种能够快速、大量、有效地获得骨组织工程生物支架。专利技术方法制备条件温和，操作简单易行，能满足支架个性化构建，重复性好、生产效率高、对设备要求较低，原料来源丰富，易于工业化生产。
[0020]2、本专利技术制备条件可控，可以通过改变3D打印参数便捷地调控支架的形状，实现设计构建的支架与缺损组织结构、形状匹配；通过调节支架表面的腐蚀程度，以及粘酸和明胶的浓度来控制有益物质的量来诱导细胞行为、促进软组织修复的速度和程度。制备的可控性便于满足实际临床应用对于支架形状、结构与性能的要求。
[0021]3、本专利技术中使用的药用明胶安全、可靠。在支架表面包覆明胶，可以抑制补体系统的激活和调理，从而降低其免疫原性，并使支架具有更好的生物相容性和机械强度，明胶涂层也为细胞提供天然结合位点，增强了细胞的粘附、增殖和生物矿化的特性，并提供了骨诱导潜力。
[0022]4、本专利技术采用的支架是传统3D聚乳酸支架和明胶、粘酸的一种良好结合。粘酸
(MA)是一种从余甘子叶中提取的植物化合物，具有抗菌、抗糖尿病和抗炎特性并具有诱发骨骼再生的潜力，却是不溶于水的晶体，第一，无法直接涂覆到支架上，第二，没有载体(如支架、纤维膜)，无法在人体内的直接应用。通过传统的聚乳酸支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于骨组织工程的3D聚乳酸支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将聚乳酸长丝装入3D打印机中，加热到180
‑
200℃，制备3D聚乳酸支架；S2，将步骤S1中的3D聚乳酸支架用碱液进行蚀刻处理1
‑
8小时，洗涤后冷冻过夜，再进行冻干处理6
‑
24小时，获得冻干聚乳酸支架；S3，将步骤S2中的冻干聚乳酸支架浸润在粘酸和明胶的混合液中培养过夜，冷冻和冻干，获得复合聚乳酸支架；S4，将步骤S3中的复合聚乳酸支架与交联剂在
‑
20℃交联过夜并洗涤，获得用于骨组织工程的3D聚乳酸支架。2.根据权利要求1所述的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，采用三维设计软件设计所述3D聚乳酸支架三维形态。3.根据权利要求1所述的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述聚乳酸长丝的纤度为20
‑
30D，强度为3
‑
5cN/dtex，断裂伸长率为25
‑
35％，热收缩为15
‑
25％。4.根据权利要求1所述的用于骨组织工程的3D聚乳酸支架的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述碱液的浓度为0.2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建祥，许杉杉，
申请(专利权)人：无锡中科光远生物材料有限公司，
类型：发明
国别省市：