一种骨组织单元-支架材料复合体及其构建方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种骨组织单元

【技术实现步骤摘要】
一种骨组织单元
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支架材料复合体及其构建方法与应用


[0001]本专利技术属于生物医学组织工程领域，尤其是涉及一种骨组织单元
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支架材料复合体及其构建方法与应用。

技术介绍

[0002]当前，对于严重创伤、肿瘤切除后导致的大段骨缺损一直都是临床医生亟需解决的难题。临床上，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、脱钙骨基质、生物可降解复合材料等。随着组织工程技术的发展，经典的骨组织工程修复策略为骨缺损修复提供了另一种有效的途径。简而言之，骨组织工程是基于细胞负载支架材料进行诱导、培养来实现的。但是，目前以细胞接种支架材料的骨组织工程仍然存在诸多问题：1)支架材料的孔径与细胞的尺寸大小难以匹配，往往会导致接种后细胞流失，大大降低细胞利用率；2)大尺寸的组织工程骨构建往往会由于营养物质难以完全渗透，导致中心区域再生骨组织坏死。因此，进一步优化细胞的接种方式是解决上述问题一种可能的构建策略。
[0003]众所周知，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。其中，微凝胶是水凝胶材料在微米尺寸的形态模式，即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，被广泛应用于微组织构建。然而如何将微凝胶应用于骨组织构建仍是一个需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种骨组织单元
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支架材料复合体及其构建方法与应用。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术的第一个目的是提供微凝胶支架材料的制备方法。
[0007]微凝胶支架材料的制备方法，将水凝胶材料利用机械研磨法、乳液聚合法、微流控技术、自组装、喷雾法等中的一种或几种，制备得到微凝胶支架材料。
[0008]在本专利技术的一个实施方式中，所述微凝胶支架材料的制备方法选自机械研磨法、乳液聚合法、微流控技术、自组装、喷雾法等中的一种或几种。优选为机械研磨法、乳液聚合法或微流控技术。
[0009]在本专利技术的一个实施方式中，用于获得微凝胶支架材料的水凝胶材料，可以选自天然多糖类或天然蛋白类高分子构建的水凝胶材料。
[0010]在本专利技术的一个实施方式中，所述天然多糖类高分子选自透明质酸、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中的一种或几种。
[0011]在本专利技术的一个实施方式中，所述天然蛋白类高分子选自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、乙二醇壳聚糖或明胶。
[0012]在本专利技术的一个实施方式中，所述微凝胶支架材料的尺寸可以为1μm
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1mm，优选为100μm
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500μm。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，所述微凝胶支架材料的制备方法，可实现的实施方式之一为：将用于制备水凝胶的高分子溶于去离子水，加入交联剂搅拌反应，得到交联水凝胶材料，然后将交联水凝胶材料倒入透析袋中，用去离子水透析2
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3d，除去多余的交联剂，通过机械研磨的方式制备交联水凝胶材料的微凝胶，然后冷冻干燥，并筛选合适尺寸的微颗粒，即可得到所述微凝胶支架材料。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，所述交联剂选自BDDE(丁二醇缩水甘油醚)，DVS(二乙烯基砜)，ADH(乙二酸二酰肼)，EDC(碳二亚胺)或GMA(甲基丙烯酸缩水甘油酯)中的一种或几种。进一步优选为BDDE或DVS交联剂。
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，提供了一种具体交联透明质酸微凝胶的制备方法，可实现的实施方式之一为：将透明质酸溶于去离子水，加入交联剂搅拌反应，然后将交联透明质酸倒入透析袋中，用去离子水透析2
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3d，除去多余的交联剂，通过机械研磨的方式制备交联透明质酸的微凝胶，然后冷冻干燥，并筛选合适尺寸的微颗粒，即可得到所述的交联透明质酸微凝胶。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，所述微凝胶支架材料的制备方法，可实现的实施方式之二为：将水凝胶前体溶液作为连续相(水相)，并准备分散相(油相)，将水相和油相从不同的通道注射到微流控芯片中，在两相交汇处，水相被油相剪切得到单乳液液滴，然后在管道中继续被向前推进，通过交联反应形成微凝胶，并收集，然后冷冻干燥，并筛选合适尺寸的微颗粒，即可得到所述微凝胶支架材料。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，所述微凝胶支架材料的制备方法，可实现的实施方式之二为：将水凝胶前体溶液作为连续相(水相)，并准备分散相(油相)，利用注射泵将水相和油相从不同的通道注射到微流控芯片中，在两相交汇处，水相被油相剪切得到单乳液液滴，然后在管道中继续被向前推进，通过交联反应形成微凝胶，并收集，然后冷冻干燥，并筛选合适尺寸的微颗粒，即可得到所述微凝胶支架材料。
[0018]在本专利技术的一个实施方式中，所述分散相(油相)选择液体石蜡和司盘80的混合溶液。
[0019]在本专利技术的一个实施方式中，所述分散相(油相)选择质量比为8:2的液体石蜡和司盘80的混合溶液。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，用于获得水凝胶前体溶液的水凝胶选自透明质酸、羧甲基纤维素、海藻酸、葡聚糖、硫酸软骨素、乙二醇壳聚糖、羧甲基壳聚糖、胶原蛋白、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、乙二醇壳聚糖或明胶中的一种或几种。
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，所述交联反应可以选用化学交联或光交联，所述化学交联包括括叠氮
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炔点击反应、巯基
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迈克尔加成反应、酰胺缩合反应、席夫碱反应、狄尔斯
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阿尔德反应等。所述光交联是指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。
[0022]本专利技术中，所述微凝胶支架材料可以添加或不添加成骨活性成分。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，所述微凝胶支架材料中添加有成骨活性成分。所述成骨活性成分是在制备过程中与水凝胶材料一起添加的。
[0024]所述成骨活性成分能够有效促进微凝胶负载的成骨细胞或干细胞的成骨分化，或者刺激内源性干细胞的成骨分化，进一步提高再生骨组织的成熟度。
[0025]在本专利技术的一个实施方式中，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。
[0026]在本专利技术的一个实施方式中，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、脱钙骨基质等。
[0027]在本专利技术的一个实施方式中，所述生物活性因子包括BMP
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2～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨组织单元
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支架材料复合体的构建方法，其特征在于，将骨组织单元接种于生物相容性支架材料，即制备得到骨组织单元
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支架材料复合体；所述骨组织单元的构建方法为：将具有成骨分化潜力的细胞接种或包裹于微凝胶支架材料中，在体外诱导分化、培养，即获得相对成熟的基于微凝胶材料构建的骨组织单元；所述微凝胶支架材料是将水凝胶材料利用机械研磨法、乳液聚合法、微流控技术、自组装或喷雾法中的一种或几种制备得到。2.根据权利要求1所述的一种骨组织单元
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支架材料复合体的构建方法，其特征在于，所述生物相容性支架材料选自多孔骨水泥、多孔生物陶瓷、脱钙骨基质或生物可降解复合材料；所述生物可降解复合材料选自聚己内酯、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸
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羟基乙酸中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种骨组织单元
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支架材料复合体的构建方法，其特征在于，所述成骨分化潜力的细胞选自成骨细胞、间充质干细胞、脂肪干细胞或胚胎干细胞。4.根据权利要求1所述的一种骨组织单元
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支架材料复合体的构建方法，其特征在于，所述体外诱导分化、培养方式选择为静态培养或动态培养，静态培养方式为将接种或包裹细胞的微凝胶放置于培养皿中培养，动态培养方式即将包裹细胞的微凝胶放置于生物反应器中搅拌或加压培养，以促进水凝胶中的营养物质交换。5.根据权利要求1所述的一种骨组织单元
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支架材料复合体的构建方法，其特征在于，所述相对成熟的基于微凝胶材料构建的骨组织单元包括以下生物学与组织学特征：ALP，RUNX2，COL1基因达到正常骨组织基因水平的10％
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30％。6.根据权利要求1所述的一种骨组织单元
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支架材料复合体的构建方法，其特征在于，所述微凝胶支架材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：周广东，华宇杰，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：