骨软骨支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种骨软骨支架及其制备方法和应用。该骨软骨支架包括软骨层、黏连层和骨层，所述黏连层的两侧分别与所述软骨层和所述骨层连接；所述软骨层、所述黏连层和所述骨层中的一种或多种为多孔结构。该骨软骨支架可以用于修复骨软骨缺损中，能够充分地捕获细胞，骨软骨损伤修复功能强，且操作简便。且操作简便。且操作简便。

【技术实现步骤摘要】
骨软骨支架及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种骨软骨支架及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]关节软骨病变作为一个基本的病理过程，几乎参与了所有临床常见的关节疾病病理变化早期阶段。由于软骨组织内缺乏血管和淋巴分布，软骨细胞含量少，缺少细胞分化所必须的祖母细胞且包埋于稠厚的细胞外基质中，迁徙难度大，无法有效移动到损伤部位参与修复，因此其自我修复能力非常差，即使是微小的软骨缺损也难以自然修复。组织工程技术的出现为关节软骨损伤的治疗提供了一种全新的思路和方法。
[0003]目前组织工程骨软骨支架设计主要分为以下几类：1)骨采用支架而软骨不采用支架，即在骨支架上方直接种植上高密度的软骨细胞；2)采用适合骨、软骨构建的两种支架材料，分别在体外培养形成组织工程骨和软骨，然后粘合、或手术缝合、或顺序植入等方法将组织工程骨和软骨部分组装成组织工程骨软骨复合体；3)骨和软骨皆采用相同的支架材料的一体化单层支架；4)骨软骨部分分别采用两种不同的支架材料构建的一体化的双层支架。
[0004]双层骨软骨支架，由于其分层结构是根据骨和软骨生长的需要而设计的，因此具有更优良的特性。然而目前这种骨软骨双相支架也存在以下问题：1)上层软骨材料力学性能差，植入体内后吸水变形，降解速率快；2)修复后的软骨是纤维软骨而不是透明软骨；3)新生软骨与周边软骨组织整合不良。已有的临床产品，通过灌注来修复骨软骨缺损，没有通孔结构，细胞无法进入支架内部，只在表面停留，修复效果不好；另外，还可能长成瘢痕组织或者骨化成骨；4)连接部力学强度不够，容易分离；容易阻碍骨层软骨层的贯通，导致细胞移行、营养物质输送障碍。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有技术中存在的骨软骨支架捕获细胞不足、损伤修复功能差的缺陷，从而提供了一种骨软骨支架及其制备方法和应用。本专利技术的骨软骨支架能够充分地捕获细胞，骨软骨损伤修复功能强，且操作简便。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种骨软骨支架，其包括软骨层、黏连层和骨层，所述黏连层的两侧分别与所述软骨层和所述骨层连接；所述软骨层、所述黏连层和所述骨层中的一种或多种为多孔结构。
[0008]本专利技术中，较佳地，所述软骨层、所述黏连层和所述骨层均为多孔结构；更佳地，所述软骨层的孔、所述黏连层的孔与所述骨层的孔连通。所述软骨层的孔、所述黏连层的孔与所述骨层的孔可完全对齐或不完全对齐，较佳地为完全对齐。
[0009]本专利技术中，所述软骨层和/或所述骨层的孔的孔径为50～350μm，较佳地为200～280μm，例如250μm；较佳地，所述骨层的孔的孔径与所述软骨层的孔的孔径相等。所述软骨
层和所述骨层的孔径的选择均是为了适合捕获细胞和细胞生长。
[0010]本专利技术中，所述软骨层和/或所述骨层的孔的分布方式较佳地为垂直交叉排列。
[0011]本专利技术中，所述软骨层和/或所述骨层的孔隙率为20％～70％，较佳地为40％～60％，例如50％。
[0012]本专利技术中，所述骨软骨支架的孔隙率可为20％～70％，较佳地为40％～60％，例如50％。
[0013]本专利技术中，所述黏连层是指所述软骨层和所述骨层之间的过渡层，能够实现所述软骨层和所述骨层的连接，不一定通过粘结作用连接。
[0014]较佳地，所述黏连层不覆盖或部分覆盖所述骨层和/或所述软骨层的孔。也就是说，所述黏连层仅覆盖所述骨层和所述软骨层的非孔区域的部分或全部，以保证黏连层不堵塞骨层和软骨层的孔。所述黏连层的孔可与所述软骨层的孔和所述骨层的孔一致，保证三层贯通。
[0015]本专利技术中，所述骨软骨支架的形状不做特别限制，在使用中，可根据缺损部位大小尺寸对所述骨软骨支架进行裁剪即可。
[0016]例如，所述骨软骨支架为圆柱体。所述圆柱体的直径可为2～30mm，较佳地为2～20mm，更佳地为3～10mm；所述圆柱体的高度可为2～10mm，较佳地为3～6mm。
[0017]例如，所述骨软骨支架为长方体。所述长方体的底面可为正方形，所述正方形的边长可为2～30mm，较佳地为2～20mm，更佳地为3～10mm；所述长方体的高度较佳地为2～10mm，更佳地为3～6mm。
[0018]本专利技术中，所述骨层和所述软骨层的高度比可为1：(0.1～1)，较佳地为1：(0.2～0.5)。
[0019]本专利技术中，所述黏连层的高度可为5μm～2mm，较佳地为0.1～2mm，更佳地为0.5～1mm。
[0020]本专利技术中，所述软骨层的材料可为本领域常规的软骨层材料，较佳地为水凝胶材料。其中，所述水凝胶材料可为单网络水凝胶材料、互穿网络水凝胶材料和复合交联水凝胶材料中的一种或多种。由单一交联方式形成的水凝胶材料，称为单网络水凝胶材料。由两种或两种以上交联方式形成的水凝胶材料，称为互穿网络水凝胶材料，或双网络水凝胶材料。由同一交联方式的多种可凝胶成分复合交联而成，称为复合交联水凝胶材料。所述水凝胶材料较佳地为光交联水凝胶材料，更佳地为复合光交联水凝胶材料。
[0021]本专利技术中，所述软骨层较佳地还负载软骨促进成分。其中，所述软骨促进成分可包括生物活性因子和/或细胞。其中，所述生物活性因子较佳地包括转化生长因子TGFα或TGFβ。所述细胞可包括自体或异体软骨细胞、间充质干细胞、胚胎干细胞或诱导性多能干细胞。
[0022]本专利技术中，所述骨层的材料可为本领域常规的医用高分子材料，较佳地为聚乳酸(PLA)、聚乳酸
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羟基乙酸共聚物(PLGA)或聚己内酯(PCL)。
[0023]本专利技术中，所述骨层的材料也可为水凝胶材料，所述水凝胶材料如前所述。
[0024]本专利技术中，所述骨层较佳地还负载骨促进成分。其中，所述骨促进成分可包括生物活性的无机材料、生物活性因子和细胞中的一种或多种。
[0025]其中，所述生物活性的无机材料较佳地包括羟基磷灰石、磷酸钙、碳酸钙和生物活性玻璃中的一种或多种。所述生物活性的无机材料在所述骨层中的质量百分比可为
0.1wt％～70wt％，较佳地为1wt％～50wt％，更佳地为2.5wt％～30wt％。
[0026]所述生物活性因子较佳地包括转化生长因子TGFα、TGFβ，骨形态发生蛋白BMP
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2、BMP
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3、BMP
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4、BMP
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5、BMP
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6、BMP
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7、BMP
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8和BMP
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9，和软骨诱导化合物(如KGN等)中的一种或多种。
[0027]所述细胞可包括自体或异体骨细胞、间充质干细胞、胚胎干细胞或诱导性多能干细胞。
[0028]在某些实施方案中，所述黏连层的材料可为水凝胶材料，所述水凝胶材料如前所述。
[0029]在某些实施方案中，所述黏连层可由本领域常规的医用胶水形成。所述医用胶水例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨软骨支架，其包括软骨层、黏连层和骨层，所述黏连层的两侧分别与所述软骨层和所述骨层连接；所述软骨层、所述黏连层和所述骨层中的一种或多种为多孔结构。2.如权利要求1所述的骨软骨支架，其特征在于，所述软骨层、所述黏连层和所述骨层均为多孔结构；较佳地，所述软骨层的孔、所述黏连层的孔与所述骨层的孔连通；所述软骨层的孔、所述黏连层的孔与所述骨层的孔可完全对齐或不完全对齐，较佳地为完全对齐；和/或，所述黏连层不覆盖或部分覆盖所述软骨层和/或所述骨层的孔；和/或，所述软骨层和/或所述骨层的孔的孔径为50～350μm，较佳地为200～280μm，例如250μm；较佳地，所述骨层的孔的孔径与所述软骨层的孔的孔径相等；和/或，所述软骨层和/或所述骨层的孔的分布方式较佳地为垂直交叉排列；和/或，所述软骨层和/或所述骨层的孔隙率为20％～70％，较佳地为40％～60％，例如50％；和/或，所述骨软骨支架的孔隙率为20％～70％，较佳地为40％～60％，例如50％。3.如权利要求1所述的骨软骨支架，其特征在于，所述骨软骨支架为圆柱体；所述圆柱体的直径较佳地为2～20mm，更佳地为3～10mm；所述圆柱体的高度较佳地为2～10mm，更佳地为3～6mm；或者，所述骨软骨支架为长方体；所述长方体的底面可为正方形，所述正方形的边长可为2～30mm，较佳地为2～20mm，更佳地为3～10mm；所述长方体的高度较佳地为2～10mm，更佳地为3～6mm；和/或，所述骨层和所述软骨层的高度比为1：(0.1～1)，较佳地为1：(0.2～0.5)；和/或，所述黏连层的高度为5μm～2mm，较佳地为0.1～2mm，更佳地为0.5～1mm；和/或，所述软骨层的材料为水凝胶材料；和/或，所述软骨层负载软骨促进成分；其中，所述软骨促进成分较佳地包括生物活性因子和/或细胞，所述生物活性因子较佳地包括转化生长因子TGFα或TGFβ，所述细胞较佳地包括自体或异体软骨细胞、间充质干细胞、胚胎干细胞或诱导性多能干细胞；和/或，所述骨层的材料为聚乳酸、聚乳酸
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羟基乙酸共聚物或聚己内酯；和/或，所述骨层负载骨促进成分；其中，所述骨促进成分较佳地包括生物活性的无机材料、生物活性因子和细胞中的一种或多种；其中，所述生物活性的无机材料较佳地包括羟基磷灰石、磷酸钙、碳酸钙和生物活性玻璃中的一种或多种；所述生物活性的无机材料在所述骨层中的质量百分比可为0.1wt％～70wt％，较佳地为1wt％～50wt％，更佳地为2.5wt％～30wt％；所述生物活性因子较佳地包括转化生长因子TGFα、TGFβ，骨形态发生蛋白BMP
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2、BMP
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3、BMP
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4、BMP
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5、BMP
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6、BMP
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7、BMP
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8和BMP
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9中的一种或多种；所述细胞较佳地包括自体或异体骨细胞、间充质干细胞、胚胎干细胞或诱导性多能干细胞；和/或，所述黏连层由医用胶水形成；或者，所述黏连层的材料为水凝胶材料。4.一种如权利要求1～3中任一项所述的骨软骨支架的制备方法，其包括以下步骤：将骨层和软骨层连接，连接处形成黏连层；所述软骨层、所述黏连层和所述骨层中的一种或多种为多孔结构。5.如权利要求4所述的骨软骨支架的制备方法，其特征在于，所述软骨层的制备方法为
以水凝胶组合物为原料经交联固化制备；其中，所述水凝胶组合物至少包括可凝胶成分和凝胶介质；所述可凝胶成分较佳地包括天然可凝胶成分和/或合成可凝胶成分；其中，所述天然可凝胶成分较佳地包括天然蛋白、天然蛋白修饰物、天然蛋白降解物、天然蛋白降解物的修饰物、天然多糖、天然多糖修饰物、天然多糖降解物和天然多糖降解物的修饰物中的一种或多种；所述天然蛋白较佳地包括各种亲水动植物蛋白、水溶性动植物蛋白、I型胶原蛋白、II型胶原蛋白、血清蛋白、丝素蛋白和弹性蛋白中的一种或多种；所述天然蛋白降解物较佳地包括明胶或多肽；所述天然蛋白降解物的修饰物较佳地为甲基丙烯酰化天然蛋白降解物，更佳地为甲基丙烯酰化明胶；所述天然多糖较佳地包括透明质酸、羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、海藻酸、葡聚糖、琼脂糖、肝素、硫酸软骨素、乙二醇壳聚糖、丙二醇壳聚糖、壳聚糖乳酸盐、羧甲基壳聚糖和壳聚糖季铵盐中的一种或多种，更佳地为透明质酸和/或硫酸软骨素；所述天然多糖修饰物较佳地为甲基丙烯酰化天然多糖，例如甲基丙烯酰化透明质酸或甲基丙烯酰化硫酸软骨素；所述合成可凝胶成分较佳地包括两臂或多臂聚乙二醇双丙烯酸酯、聚乙烯亚胺、合成多肽、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；较佳地，所述可凝胶成分包括甲基丙烯酰化明胶和甲基丙烯酰化透明质酸；更佳地，所述水凝胶的可凝胶成分包括甲基丙烯酰化明胶、甲基丙烯酰化透明质酸和甲基丙烯酰化硫酸软骨素；较佳地，所述凝胶介质为纯化水、生理盐水、细胞培养基、钙盐溶液和磷酸盐缓冲溶液中的一种或多种；较佳地，所述软骨层的水凝胶组合物包括按质量份数计的以下组分：甲基丙烯酰化明胶1～50份，甲基丙烯酰化透明质酸0～30份，甲基丙烯酰化硫酸软骨素0～30份，光引发剂0.01～1份和凝胶介质；其中，所述甲基丙烯酰化明胶的用量较佳地为1～30份，更佳地为1～20份，更佳地为2～15份，更佳地为5～15份，例如8份、10份或12份；其中，所述甲基丙烯酰化透明质酸的用量较佳地为0.1～20份，更佳地为0.5～10份，更佳地为1～3份，例如1.5份或2份；其中，所述甲基丙烯酰化硫酸软骨素的用量较佳地为0.1～20份，更佳地为0.5～20份，更佳地为0.5～5份，更佳地为1～3份，例如1份、2份、2.5份或3份；其中，所述甲基丙烯酰化明胶和所述甲基丙烯酰化透明质酸的质量比可为(1
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30)：(0.5～10)，较佳地为(2～15)：(1～3)，例如5:2；其中，所述甲基丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧敏，朱海林，汪争光，
申请(专利权)人：华夏司印上海生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：