一种生物支架及其制备方法与应用技术

本申请公开了一种生物支架及其制备方法与应用，所述生物支架由上到下包括：透明软骨层、钙化软骨层和软骨下骨层；所述生物支架通过将透明软骨层的制备原料、钙化软骨层的制备原料和软骨下骨层的制备原料进行生物3D打印得到；所述透明软骨层的制备原料包括组分A和组分B；所述钙化软骨层的制备原料包括组分A

【技术实现步骤摘要】
一种生物支架及其制备方法与应用


[0001]本申请涉及一种生物支架及其制备方法与应用，属于高分子复合材料领域。

技术介绍

[0002]在日常关节活动中，关节软骨发挥着至关重要的作用，但由于创伤、感染、肿瘤、骨髓炎手术清创以及一些先天疾病等原因，导致骨软骨损伤患者急剧增加，尤其是人口老龄化引起的退行性软骨损伤和年轻人不恰当运动进而引发关节损伤，使得关节软骨损伤的发病率日益升高，为患者带来巨大经济压力与心理负担。目前，患病人群已从老年人逐渐过渡到年轻人，形势十分严峻。
[0003]关节软骨代谢活动依赖神经、血管及淋巴组织等，其一旦受损难以自身恢复和再生。其结构由表及里分为：透明软骨层、钙化软骨层和软骨下骨层，钙化程度依次提高。各层级纤维走向、含水量、胶原、糖胺多糖以及细胞密度与分布等生物学特征和梯度力学行为方面均有一定差异。相应地，关节软骨损伤由轻到重分为：部分软骨损伤、全层软骨损伤、骨软骨损伤。
[0004]种子细胞、生长因子、生物支架作为组织工程三因素，在骨软骨缺损修复再生过程中必然为重中之重。生物支架为骨软骨损伤部位的修复与再生提供合适的生物学环境，在生长因子促进作用下，种子细胞和周围正常组织渗透归巢的细胞在支架的空隙位点进行生长、增殖与分化。由于骨与软骨生理及功能方面差异明显，梯度层级结构对生理和疾病如骨性关节炎的发生发展等有重要影响，骨软骨一体化梯度支架的构建日益引起人们重视，其为骨软骨损伤后的修复再生治疗提供一种新的技术与方法。
[0005]实现软骨及骨组织原位内源性层级多向修复，是骨软骨损伤修复支架实现的最终目标。比如，李建树等(CN107469148A)通过定向冷冻技术构建具有类骨
‑
软骨异质结构的一体化多层修复支架材料：利用各层之间物理作用，即相同高分子溶液互溶的特性进行有机连接，从而连接各层级支架。其制备的支架具有抑菌性、生物相容性和原位诱导骨、软骨双向再生的作用，但利用冻融技术来黏结支架，由于层间相态差异，会导致较弱的界面结合力。同时，各层只能在特殊冷冻条件下才可实现层层连接与制备。然而，其支架最终是以冻干状态存在，并不能完全仿生体内细胞外基质含水微环境。一体化梯度支架最重要的是解决界面融合与仿生梯度问题，进而从材料来源和制备方法上选择与优化，对于骨软骨受损部位本身进行原位修复。

技术实现思路

[0006]根据本申请的一个方面，提供一种生物支架，所述生物支架充分利用动态交联作用实现层级界面的有效融合。
[0007]一种生物支架，所述生物支架由上到下包括：透明软骨层、钙化软骨层和软骨下骨层；
[0008]所述生物支架通过将透明软骨层的制备原料、钙化软骨层的制备原料和软骨下骨
层的制备原料进行生物3D打印得到；
[0009]所述透明软骨层的制备原料包括组分A和组分B；
[0010]所述钙化软骨层的制备原料包括组分A
’
、组分B
’
和组分C
’
；
[0011]所述软骨下骨层的制备原料包括组分A”、组分B”和组分C”；
[0012]所述组分A、所述组分A
’
、所述组分A”独立地包括多糖I中的至少一种；
[0013]所述多糖I经过对多糖
‑
1进行氧化改性得到；
[0014]所述组分B、所述组分B
’
、所述组分B”独立地包括多糖II中的至少一种；
[0015]所述多糖II含有氨基；
[0016]所述多糖II经过对多糖
‑
2进行甲基丙烯酰化改性得到；
[0017]所述组分C
’
、所述组分C”独立地包括促成骨因子中的至少一种。
[0018]可选地，所述多糖I带有负电荷。
[0019]可选地，所述多糖II带有正电荷。
[0020]可选地，所述多糖
‑
1包括透明质酸、海藻酸钠、木葡聚糖、葡聚糖中的至少一种；
[0021]所述多糖
‑
2包括壳聚糖、透明质酸、海藻酸钠、硫酸软骨素中的至少一种；
[0022]所述促成骨因子包括羟基磷灰石、Β
‑
磷酸三钙、生物活性玻璃、胶原蛋白中的至少一种。
[0023]可选地，所述多糖I氧化改性包括以下步骤：
[0024]将含有多糖
‑
1与高碘酸钠的溶液反应，获得所述多糖I；
[0025]所述甲基丙烯酰化改性包括以下步骤：
[0026]将含有多糖
‑
2和甲基丙烯酸酐的溶液反应，得到所述多糖I。
[0027]可选地，所述生物支架具有多级孔结构；
[0028]其中，所述透明软骨层中的孔隙孔径为150～200μm、所述钙化软骨层中的孔隙孔径为200～300μm、所述软骨下骨层中的孔隙孔径为300～400μm。
[0029]可选地，所述透明软骨层的厚度为0.3～0.7cm、所述钙化软骨层的厚度为0.2～0.5cm和所述软骨下骨层的厚度为0.5～1cm。
[0030]可选地，所述生物支架为圆柱形，直径为1～2cm。
[0031]根据本申请的另一个方面，提供上述任一项所述的生物支架的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0032](S1)将含有组分A”、组分B”和组分C”的生物墨水I进行生物3D打印I，得到软骨下骨层结构；
[0033](S2)在所述软骨下骨层结构上，将含有组分A
’
、组分B
’
和组分C
’
的生物墨水II进行生物3D打印II，得到钙化软骨层
‑
软骨下骨层一体化结构；
[0034](S3)在所述钙化软骨层
‑
软骨下骨层一体化结构中的钙化软骨层上，将含有组分A和组分B的生物墨水III进行生物3D打印III，得到透明软骨层
‑
钙化软骨层
‑
软骨下骨层一体化结构，即得到所述生物支架。
[0035]可选地，所述组分A、所述组分A
’
、所述组分A”均为氧化改性的透明质酸，所述氧化改性的透明质酸通过以下步骤得到：
[0036]将含有透明质酸与高碘酸钠的溶液反应，获得所述氧化改性的透明质酸。
[0037]可选地，所述组分B、所述组分B
’
、所述组分B”均为甲基丙烯酰化改性的壳聚糖，所
述甲基丙烯酰化改性的壳聚糖通过以下步骤得到：
[0038]将含有壳聚糖和甲基丙烯酸酐的溶液反应，得到所述甲基丙烯酰化改性的壳聚糖。
[0039]可选地，所述组分A”、所述组分B”和所述组分C”的质量比为1.5～6.0：0.75～1.5：5～7；
[0040]所述组分A
’
、所述组分B
’
和所述组分C
’
的质量比为1.5～6.0：0.75～1.5：2～4；
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物支架，其特征在于，所述生物支架由上到下包括：透明软骨层、钙化软骨层和软骨下骨层；所述生物支架通过将透明软骨层的制备原料、钙化软骨层的制备原料和软骨下骨层的制备原料进行生物3D打印得到；所述透明软骨层的制备原料包括组分A和组分B；所述钙化软骨层的制备原料包括组分A
’
、组分B
’
和组分C
’
；所述软骨下骨层的制备原料包括组分A”、组分B”和组分C”；所述组分A、所述组分A
’
、所述组分A”独立地包括多糖I中的至少一种；所述多糖I经过对多糖
‑
1进行氧化改性得到；所述组分B、所述组分B
’
、所述组分B”独立地包括多糖II中的至少一种；所述多糖II含有氨基；所述多糖II经过对多糖
‑
2进行甲基丙烯酰化改性得到；所述组分C
’
、所述组分C”独立地包括促成骨因子中的至少一种。2.根据权利要求1所述的生物支架，其特征在于，所述多糖I带有负电荷；优选地，所述多糖II带有正电荷。3.根据权利要求1所述的生物支架，其特征在于，所述多糖
‑
1包括透明质酸、海藻酸钠、木葡聚糖、葡聚糖中的至少一种；所述多糖
‑
2包括壳聚糖、透明质酸、海藻酸钠、硫酸软骨素中的至少一种；所述促成骨因子包括羟基磷灰石、Β
‑
磷酸三钙、生物活性玻璃、胶原蛋白中的至少一种；优选地，所述氧化改性包括以下步骤：将含有多糖
‑
1与高碘酸钠的溶液反应，获得所述多糖I；所述甲基丙烯酰化改性包括以下步骤：将含有多糖
‑
2和甲基丙烯酸酐的溶液反应，得到所述多糖I。4.根据权利要求1所述的生物支架，其特征在于，所述生物支架具有多级孔结构；其中，所述透明软骨层中的孔隙孔径为150～200μm、所述钙化软骨层中的孔隙孔径为200～300μm、所述软骨下骨层中的孔隙孔径为300～400μm；优选地，所述透明软骨层的厚度为0.3～0.7cm、所述钙化软骨层的厚度为0.2～0.5cm和所述软骨下骨层的厚度为0.5～1cm；优选地，所述生物支架为圆柱形，直径为1～2cm。5.权利要求1～4任一项所述的生物支架的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(S1)将含有组分A”、组分B”和组分C”的生物墨水I进行生物3D打印I，得到软骨下骨层结构；(S2)在所述软骨下骨层结构上，将含有组分A
’
、组分B
’
和组分C
’
的生物墨水II进行生物3D打印II，得到钙化软骨层
‑
软骨下骨层一体化结构；(S3)在所述钙化软骨层
‑
软骨下骨层一体化结...

【专利技术属性】
技术研发人员：安鹏，陈静，徐婷，张华，韦华，张延生，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所慈溪生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：