一种体外3D关节损伤模型及其构建与应用制造技术

本发明专利技术提供了一种体外3D关节损伤模型及其构建与应用。本发明专利技术所述人造缺损软骨通过从基质材料中部分除去造孔材料制备得到，其中，所述人造缺损软骨中的缺损表面至少含1nm或以上平均厚度的造孔材料。并将人造缺损软骨用于体外3D关节损伤模型中的构建，并将所得体外3D关节损伤模型在仿生滑液的润滑性能测试中的应用。本发明专利技术的体外关节损伤模型使用的材料来源广泛、成本低，且模型制备周期短、人力耗费低便于广泛、快速、便捷地应用于骨关节炎润滑材料的检测当中。料的检测当中。料的检测当中。

【技术实现步骤摘要】
一种体外3D关节损伤模型及其构建与应用


[0001]本专利技术属于生物医用
，尤其是指一种体外3D关节损伤模型及其构建与应用。

技术介绍

[0002]骨关节炎(OA)是一种由组织结构和细胞功能改变导致润滑失效，进一步引发一系列的并发症。具体地来说，软骨表层出现破裂或者损伤后，软骨表面的润滑性能下降。由于润滑性能得不到改善，使得软骨表面的磨损愈发严重，磨损导致基质不断流失，造成软骨表面形态发生变化，进而加重OA的进行性。因此，尽早更好地恢复骨关节润滑效果是实现抗炎功能的关键。针对关节润滑机制这一系列难题，国内外研究中从润滑剂仿生到润滑层仿生再到人工软骨做了大量的研究。同时，体外良好的润滑结果与体内实验结果不对等导致大量研究无法实现临床转化。因此，构建新型体外关节润滑评价模型是关节炎缓解甚至再生领域亟待解决的关键难题。
[0003]关于润滑体系体外评价，国内外研究者在不锈钢、钛合金等相对硬质材料和PTFE、PE等材料之间加入润滑剂，利用材料力学测试设备和流变仪等设备在一定的压力和运动速率下测试力学信号(摩擦力、摩擦系数)变化及材料表面磨损除此之外，动物模型和体外单层细胞培养模型(2D)在探究OA病理方面被广泛使用。主要从诱发性、自发性、体外培养这三方面研究动物模型的建立。其中诱发性模型较为广泛，即通过各种操作如制动、手术、关节内注药、关节内植入异物等诱导OA产生。中国专利CN 104056260A公开了一种使用基质金属蛋白酶
‑
3和尿激酶型纤溶酶原激活物为原料，将混合物注射于动物膝关节腔内，引发软骨组织快速退变，从而模拟骨关节炎发病过程，可为骨关节炎干预治疗技术的研究带来极大的方便。但动物模型因周期长、费用高和面临伦理问题等缺点在研究评价关节润滑效果时显得大材小用。专利CN 108048394A公开了一种两步法建立间充质干细胞软骨定向分化后骨关节炎细胞模型的方法。该方法首先诱导间充质干细胞定向分化为关节软骨细胞，然后采用IL
‑
1β体外诱导所得软骨细胞建立骨关节炎模型，但仅可用于骨关节炎药物作用靶标的验证以及药物毒性/药效的筛选等相关研究，对于润滑体系的评价影响不大。
[0004]姚航等人使用3D微孔水凝胶技术构建了具有良好透明软骨表型的活体软骨基质凝胶(LCMG)来模拟软骨组织。利用免疫细胞、滑膜炎症细胞刺激“人造软骨”引发炎症反应，构建了能较真实模拟OA炎症微环境的三维共培养体系，即体外三维骨关节炎模型，能模拟加入润滑材料对“人造软骨”的作用，对于研究OA微环境加重过程和为后期设计有效的润滑功能材料具有一定的意义。该方法虽然克服了动物模型的缺点，实现了体外3D关节损伤模型的构建。但由于骨关节损伤界面结构复杂，存在大量不规则的微纳米级沟壑，该仿生效果不够完善，使润滑评价结果不够严瑾、精确，无法模拟润滑材料与软骨界面相互作用(如粘附、吸附和亲和作用等)。
[0005]润滑体系体外评价对研究润滑材料本身具有重要意义，但以上研究现状表明，一种准确、可靠的体外关节损伤模型构建方法的缺失，使得仿生关节润滑材料的润滑功能体
内
‑
体外研究结果无法对等，润滑体系体外评价方法也成为了该领域研究的瓶颈之一。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种体外3D关节损伤模型及其构建与应用。
[0007]本专利技术的第一个目的在于提供一种人造缺损软骨模型：其包括作为基质材料的聚合物水凝胶、PDMS和人造冰基材(如UHMWPE、PE等)；润滑界面结构性材料如玻尿酸、胶原、润滑素、粘多糖和软骨颗粒等；可降解结构性材料的基质金属蛋白酶(MMP)、木瓜蛋白酶、胰酶和胶原酶等；其通过采用造孔剂除去法构建仿生损伤模型。通过缺损空间结构和缺损表面界面结构性材料残留参数优化酶体系、降解时间、浓度等因素，使其具有最佳的缺损和可修饰性仿生效果。具体方法如图1所示，来构建关节炎损伤模型评价具有填充和润滑功能的相关关节炎治疗材料。
[0008]本专利技术的第二个目的在于提供一种体外3D关节损伤模型，其包括：
[0009]人造缺损软骨模型A由基质材料和造孔材料构成；其中，基质材料，包括聚合物水凝胶、PDMS和人造冰材料中的一种或多种。造孔材料，其包括软骨颗粒、透明质酸(HA)及其衍生物、胶原蛋白及其衍生物、磷脂及其衍生物、润滑素及其衍生物、葡萄糖聚胺及其衍生物中的一种或多种。仿生骨关节炎模型B，B模型是在A模型基础上用造孔剂(软骨成分)去除形成结构性成分性仿生模型。其包括酶解法、腐蚀法、溶解法中的一种或多种。B模型具有与关节炎类似的不规则裂隙结构和裂隙结构表面具有1nm或以上厚度的造孔材料，其包括透明质酸(HA)、磷脂、润滑素和葡萄糖聚胺中的一种或多种。
[0010]对基质材料描述
[0011]进一步地，基质材料包括聚合物水凝胶、PDMS和人造冰材料中的一种或多种。
[0012]进一步地，聚合物水凝胶基材选自合成高分子聚合物水凝胶和天然高分子聚合物水凝胶和聚合物复合水凝胶中的一种或多种。天然高分子聚合物水凝胶包括但不限于明胶水凝胶、丝素蛋白水凝胶、琼脂糖水凝胶、藻酸盐水凝胶、壳聚糖水凝胶、纤维素水凝胶、透明质酸水凝胶、胶原蛋白水凝胶、硫酸软骨素水凝胶和葡聚糖水凝胶中的一种或多种。合成高分子聚合物水凝胶包括但不限于聚丙烯酰胺水凝胶、聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)水凝胶、聚丙烯酸钠水凝胶、聚乙二醇水凝胶、聚乙烯醇水凝胶、聚氧乙烯水凝胶和聚甲基丙烯酸水凝胶中的一种或多种。所述聚合物复合水凝胶可以是天然
‑
天然聚合物水凝胶、天然
‑
合成聚合物水凝胶和合成
‑
合成聚合物水凝胶中的一种或多种。
[0013]进一步地，当基质材料为人造冰时，人造冰的主要基材包括但不限于聚乙烯(PE)、高分子聚乙烯(HMWPE)超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和聚天门冬氨酸酯聚脲中的一种或多种。辅料可以是聚二甲基硅氧烷、N,N'
‑
二(β
‑
萘基)对苯二胺、金刚砂和尼龙酸二甲脂、聚天门冬氨酸酯聚脲、聚醚胺、HDI三聚体和HMDI等一种或者多种。
[0014]对造孔材料描述
[0015]进一步地，造孔材料包括软骨颗粒、透明质酸(HA)、胶原蛋白、磷脂、润滑素和葡糖胺聚糖中的一种或多种。
[0016]进一步地，软骨颗粒为天然软骨破碎得到的单分散和或多分散体系。
[0017]优选地，软骨颗粒颗粒尺寸10nm～1mm。
[0018]优选地，胶原蛋白选择II型和/或I型胶原蛋白纤维。
[0019]进一步地，透明质酸(HA)为交联型和或非交联型，分子量5000～2500000Da。
[0020]进一步地，磷脂为游离脂质和/或脂质体微球。
[0021]对造孔描述
[0022]进一步地，造孔材料去除方法为酶解法、腐蚀法和溶解法中的一种或多种。
[0023]进一步地，酶解法中，可降解造孔材料的酶及其组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人造缺损软骨，其特征在于，所述人造缺损软骨通过从基质材料中部分除去造孔材料制备得到；其中，所述人造缺损软骨中的缺损表面至少含1nm或以上平均厚度的造孔材料。2.根据权利要求1所述的人造缺损软骨，其特征在于，所述造孔材料包括软骨颗粒、胶原蛋白及其衍生物、透明质酸及其衍生物、磷脂及其衍生物、润滑素及其衍生物和葡萄糖聚胺及其衍生物中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的人造缺损软骨，其特征在于，所述基质材料为聚合物水凝胶、对聚二甲基硅氧烷和人造冰中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的人造缺损软骨，其特征在于，所述造孔材料去除方法为酶解法、腐蚀法和溶解法中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的人造缺损软骨，其特征在于，所述酶解法使用的材料选自基质金属蛋白酶、木瓜蛋白酶、组织蛋白酶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑兆柱，陈莉，孙晟轩，梁羽，方岩，张娟，刘萌，李刚，王晓沁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：