基于可注射型水凝胶支架材料构建的可注射骨及其应用制造技术

本发明专利技术涉及基于可注射型水凝胶支架材料构建的可注射骨及其应用。将成骨分化潜力的细胞包裹于可注射型水凝胶材料，在体外通过一定的培养方式培养一段时间，即可获得相对成熟的基于可注射型水凝胶材料构建的可注射骨。本发明专利技术还提供基于可注射型水凝胶材料构建的可注射骨在整形美容、骨缺损修复与再生领域的应用。本发明专利技术技术中，水凝胶材料给细胞提供了优异的三维培养环境，结合相应的组织培养技术，能够形成成熟、稳定的组织工程骨；可注射型水凝胶作为支架材料负载成骨细胞或干细胞，能够实现组织工程骨的可注射，用于骨缺损的微创修复；结合药物、生物活性物质制备的可注射型水凝胶支架材料，可以达到缓释效果，进一步促进骨组织再生与骨融合。骨组织再生与骨融合。骨组织再生与骨融合。

【技术实现步骤摘要】
基于可注射型水凝胶支架材料构建的可注射骨及其应用


[0001]本专利技术涉及生物医学组织工程领域，尤其是涉及一种基于可注射型水凝胶支架材料构建的可注射骨及其应用。

技术介绍

[0002]当前，临床上骨缺损的传统治疗方案是自体骨或异体骨移植，因为自体骨或异体骨的骨诱导、骨生成作用被认为是植骨融合的金标准。但是，自体骨的供体十分有限，异体骨又面临免疫排异反应的问题。因此，临床上通常采用生物材料来替代治疗，例如骨水泥、生物陶瓷、生物可降解复合材料、组织工程骨等。目前，市场上的生物材料通常需要开放式手术进行材料的植入修复，这就大大增加了病人的痛苦以及手术难度。
[0003]随着微创技术的发展，结合可注射型支架材料的组织工程骨为骨缺损的微创修复与组织再生提供了技术可能。在众多可注射型支架材料中，水凝胶材料以其高度含水、合适的力学强度，是组织工程与再生医学领域最为理想的支架材料。简而言之，可注射型水凝胶是将具有一定流动性的水凝胶植入缺损部位，因此很容易填充满整个不规则形状的区域，并且手术创伤较小。另一方面，随着组织工程技术的发展，骨组织工程构建策略已经能够基本获得成熟、稳定的组织工程骨，并用于骨缺损的修复，但是还未能实现可注射骨的构建与临床应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于可注射型水凝胶支架材料构建的可注射骨及其应用。
[0005]具体而言，本专利技术基于可注射型水凝胶微创修复及组织工程骨构建的技术优势，具体提供基于可注射型水凝胶支架材料构建可注射骨的方法，及其制备的可注射骨及其应用
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的第一个目的是提供可注射型水凝胶支架材料的制备方法。
[0008]本专利技术中，所述可注射型水凝胶支架材料包括温敏性水凝胶、光敏性水凝胶、动态共价键交联水凝胶、微凝胶等各类水凝胶材料。
[0009]所述可注射型水凝胶支架材料可以负载细胞或生物活性物质，并可以通过注射的方式将负载细胞或生物活性物质的水凝胶递送至指定部位，并实现微创修复。
[0010]在本专利技术的一个实施方式中，所述温敏性水凝胶可以在人体温度37℃左右通过溶胶
‑
凝胶的转变实现原位水凝胶的制备，从而可以将室温下的溶胶状水凝胶注射至指定部位，并在体内温度下实现凝胶化。
[0011]在本专利技术的一个实施方式中，所述温敏性水凝胶包括合成高分子材料或天然高分子材料构建的水凝胶。所述温敏性合成高分子材料包括聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)，普朗尼克F
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127，聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的嵌段共聚物(PEO
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PPO
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PEO)、聚乳酸
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羟基乙酸和聚
乙二醇的嵌段共聚物(PLGA
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PEG
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PLGA)、聚乙二醇和聚乳酸的嵌段共聚物(PEG
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PLLA
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PEG)、聚己内酯和聚乙二醇的嵌段共聚物(PCL
‑
PEG
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PCL)。所述温敏性天然高分子材料包括透明质酸、壳聚糖、纤维素、海藻酸、胶原、明胶及其改性高分子材料。
[0012]在本专利技术的一个实施方式中，所述温敏性水凝胶优选为PNIPAAm、PLGA
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PEG
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PLGA、壳聚糖。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，所述光敏性水凝胶可以在光照下通过光化学反应交联实现凝胶化。具体操作方式可以在注射过程中边注射边光照，或者可以先注射后光照，或者也可以先光照后注射。在本专利技术的一个实施方式中，所述光敏性水凝胶优选为边注射边光照的操作方式。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，所述光敏性水凝胶是通过光引发聚合交联反应制备，即光引发剂在光源照射下生成的自由基，引发含甲基丙烯酸酯基的高分子衍生物上双键官能团的聚合反应，从而制备光敏性水凝胶。
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，光敏性水凝胶可实现的实施方式：将含甲基丙烯酸酯基的高分子衍生物和光引发剂溶于生物相容性介质，配成一定浓度的水凝胶前体溶液，在254nm
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450nm(优选为365nm或405nm)波长的光源照射下，即可获得光敏性水凝胶。
[0016]所述含甲基丙烯酸酯基的高分子衍生物的制备方法：将含羟基或胺基的水溶性高分子溶于去离子水，冷却至0
‑
4℃，加入甲基丙烯酸酐，再缓慢滴加5M NaOH，反应24h，然后将反应液倒入透析袋中，用去离子水透析2
‑
3d，然后冷冻干燥，即可得到所述的含甲基丙烯酸酯基的高分子衍生物。
[0017]上述含羟基或胺基的多糖类(如：透明质酸、海藻酸、羧甲基纤维素、羧甲基壳聚糖、葡聚糖、硫酸软骨素等)、含羟基或胺基的蛋白或多肽类(如：明胶等)，优选为透明质酸、明胶、海藻酸、羧甲基纤维素、硫酸软骨素，进一步优选为透明质酸、明胶。
[0018]上述光敏性水凝胶可实现的实施方式中，用于构建光敏性水凝胶材料的光引发剂可以选用I 2959(2
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羟基
‑
4'
‑
(2
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羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮)或LAP(苯基
‑
2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基膦酸锂)。
[0019]在本专利技术的一个实施方式中，所述动态共价键交联水凝胶是由水溶性高分子通过动态共价键交联形成水凝胶，由于动态共价键赋予水凝胶剪切变稀的特性，能够易于该类水凝胶注射使用。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，所述水溶性高分子选自天然多糖类高分子或天然蛋白类高分子。所述天然多糖类高分子包括透明质酸、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、羧甲基壳聚糖或壳聚糖季铵盐。所述天然蛋白类高分子包括各种亲水或水溶性动植物蛋白、胶原蛋白、血清蛋白、丝素蛋白、弹性蛋白、明胶、多肽。优选为透明质酸、海藻酸、硫酸软骨素、乙二醇壳聚糖、明胶、
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，所述动态共价键交联水凝胶的交联方式包括硼酸酯键、席夫碱键、二硫键、巯基
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醛基反应、狄尔斯
‑
阿尔德反应等。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，所述动态共价键交联水凝胶优选为硼酸酯键、席夫碱键、巯基
‑
醛基反应交联形成的水凝胶。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，所述微凝胶是指通过一定技术手段将水凝胶制备成
微米尺寸范围内的凝胶。由于制备的微凝胶尺寸较小，往往小于注射器的内径，易于实现水凝胶的可注射。
[0024]在本专利技术的一个实施方式中，所述微凝胶构建的技术手段包括机械研磨法、乳液聚合法、微流控技术、自组装、喷雾法等。优选为机械研磨法、乳液聚合法、微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于可注射型水凝胶材料构建可注射骨的方法，其特征在于，将成骨分化潜力的细胞包裹于可注射型水凝胶材料，即获得基于可注射型水凝胶材料构建的可注射骨；所述可注射型水凝胶支架材料包括温敏性水凝胶、光敏性水凝胶、动态共价键交联水凝胶、微凝胶；所述温敏性水凝胶是能够通过溶胶
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凝胶的转变实现原位水凝胶制备的水凝胶；所述光敏性水凝胶是通过光引发聚合交联反应制备的水凝胶；所述动态共价键交联水凝胶是由水溶性高分子通过动态共价键交联形成水凝胶；所述微凝胶是指将水凝胶制备成微米尺寸范围内的凝胶。2.根据权利要求1所述基于可注射型水凝胶材料构建可注射骨的方法，其特征在于，所述温敏性水凝胶包括合成高分子材料或天然高分子材料构建的水凝胶，所述温敏性合成高分子材料包括聚异丙基丙烯酰胺、普朗尼克F
‑
127、聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的嵌段共聚物、聚乳酸
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羟基乙酸和聚乙二醇的嵌段共聚物、聚乙二醇和聚乳酸的嵌段共聚物、聚己内酯和聚乙二醇的嵌段共聚物；所述温敏性天然高分子材料包括透明质酸、壳聚糖、纤维素、海藻酸、胶原、明胶及其改性高分子材料。3.根据权利要求1所述基于可注射型水凝胶材料构建可注射骨的方法，其特征在于，所述动态共价键交联水凝胶是由水溶性高分子通过动态共价键交联形成水凝胶；所述动态共价键交联水凝胶的交联方式包括硼酸酯键、席夫碱键、二硫键、巯基
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醛基反应、狄尔斯
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阿尔德反应。4.根据权利要求1所述基于可注射型水凝胶材料构建可注射骨的方法，其特征在于，所述可注射型水凝胶支架材料添加有成骨活性成分；所述成骨活性成分包括生物活性的无机材料或生物活性因子；所述生物活性的无机材料包括羟基磷灰石、磷酸钙、碳酸钙、生物玻璃、脱钙骨基质；所述生物活性因子包括BMP
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2～BMP
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9、VEGF、TGFβ。5.根据权利要求1所述基于可注射型水凝胶材料构建可注射骨的...

【专利技术属性】
技术研发人员：华宇杰，周广东，郝俊祥，白宝帅，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属第九人民医院，
类型：发明
国别省市：