一种力学活性骨组织工程支架的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种力学活性骨组织工程支架的制备方法及其应用，即通过对电纺仿生纤维基3D支架进行压缩塑形处理使其具有形状记忆特性和力学活性，之后在受热刺激作用和回复受限的情况下，使塑形支架依靠自身的形状回复力在骨缺损处施加原位力学刺激以促进骨形成和骨重塑。本发明专利技术为基于组织工程方法的骨缺损的再生性修复提供新的原位施加力学刺激方式，增强生物材料支架对骨缺损的诱导再生作用，促进形状记忆聚合物在骨组织工程中的应用和临床转化。化。化。

【技术实现步骤摘要】
一种力学活性骨组织工程支架的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于组织工程生物材料领域，特别涉及一种可原位施加力学刺激的力学活性纤维基骨组织工程支架的制备方法。

技术介绍

[0002]骨组织工程方法通常是基于干细胞技术、生物材料支架及各种生化信号作用来实现对不同类型骨缺损的再生性修复和功能重建。“完美”的骨组织再生性修复取决于重建缺损骨组织的生物和力学微环境。尽管目前通过不同种类的生物材料负载生物活性因子构建生物学微环境的方式已发展出了多种类型的具生物活性的骨替代物[Biomaterials 2011,32(1):65
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74；Biomaterials2016,83:363
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382；Nat.Commun.2020,11(1):No.1365；Biomaterials 2021,276:No.120995]，考虑到骨组织是一种力学敏感组织，在植入部位引入力学刺激信号作为一种介入手段将可以有效提高对骨缺损的再生修复功效[Biomaterials 2010,31(8):2446
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2452；Nat.Commun.2021,12(1):No.1031；Biomaterials 2021,279:No.121203]。虽然体外构建骨组织工程植入体时，可以依赖生物反应器来提供力学信号[Biomaterials 2010,31(33):8684
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8695；J.Biomed.Mater.Res.B 2021,110(2):321
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337]，但在植入体植入后如何在缺损部位施加力学刺激以促进成骨仍是挑战性的难题。因此，在生物活性支架的基础上开发可以产生内源性力学刺激的骨组织工程支架(即力学活性骨组织工程支架——施加的力学刺激是由植入的支架自身来实现)，构建适合骨细胞生长和组织重塑的力学微环境成为了亟待解决的关键问题。基于形状记忆材料的形状记忆效应(SME)，利用其受限回复时产生的回复力作用，将为构建力学活性骨组织工程支架提供可能。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的核心问题是提高原位骨组织工程方法对损伤骨组织的再生修复功效，因而开发一种能够提供自主施加力学刺激的力学活性骨组织工程支架的制备方法。其基本原理是在具有生物活性的骨组织工程支架上，通过塑形处理使其具有形状记忆特性和力学活性，然后在回复受限情况下触发形状回复过程通过SME产生形状回复力，从而引入力学刺激促进骨形成和骨重塑。
[0004]一种力学活性骨组织工程支架的制备方法，包括如下步骤：
[0005]步骤S1：制备负载生物活性成分的生物可降解形状记忆聚合物纤维膜；
[0006]步骤S2：将步骤S1中的生物活性纤维膜制备成3D结构；
[0007]步骤S3：对步骤S2中的3D结构进行压缩塑形
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固定处理，得到力学活性骨组织工程支架。
[0008]优选的是，本专利技术步骤S1中的生物活性成分包括促成骨药物，为地塞米松、骨形态发生蛋白、甲状旁腺激素、阿巴拉帕肽中的一种或几种。
[0009]优选的是，本专利技术步骤S1中的生物活性成分包括具有募集细胞作用的生物活性成
分，可以为富血小板血浆、血小板裂解物、基质细胞衍生因子1α中的一种或几种。
[0010]优选的是，本专利技术步骤S1中的生物可降解形状记忆聚合物的玻璃化转变温度为38
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45℃。
[0011]优选的是，本专利技术步骤S1中的生物可降解形状记忆聚合物为聚乳酸PLA、聚己内酯PCL、乳酸
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己内酯共聚物PLCL、乳酸
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乙醇酸共聚物PLGA、乳酸
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碳酸酯共聚物PLMC、聚氨酯PU、对二氧环己酮PDO、甘油
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十二烷二酸酯共聚物PGD中的一种或几种。
[0012]优选的是，本专利技术步骤S1中的纤维制备方法为静电纺丝、熔融纺丝、溶液纺丝、熔喷纺丝、3D打印中的一种或几种。
[0013]优选的是，本专利技术步骤S2中的3D成型构建方法为叠层
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热压、卷绕
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热压、3D打印中的一种或几种。
[0014]优选的是，本专利技术步骤S3中的压缩塑形在高于支架的形状记忆转变温度的热环境中压缩至10
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70％应变；然后在低温环境中进行固定，固定时长为不限。
[0015]优选的是，本专利技术步骤S3制得的力学活性骨组织工程支架是在完全受限条件下回复，回复条件为40
±
5℃的热环境下进行。
[0016]一种本专利技术的方法制备的力学活性骨组织工程支架。
[0017]一种本专利技术的方法制备的力学活性骨组织工程支架在体内植入修复骨缺损中的应用。
[0018]有益效果
[0019]本专利技术所用方法操作简单，材料方便易得；不需要采用外源性的力学刺激作用即可加速骨组织的形成和重塑，骨再生功效高，有助于促进形状记忆聚合物在骨组织工程领域的临床转化，市场应用潜力大。
附图说明
[0020]图1为本专利技术用于原位骨组织工程的力学活性纤维基3D支架的构建流程示意图：(i)生物活性纤维膜制备方法；(ii)叠层
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卷绕
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热压制备3D支架及形状记忆功能塑形处理；(iii)植入功能演示。
[0021]图2为本专利技术构建的具有生物活性的3D纤维基支架的微观和宏观结构表征：(i)HAp和Dex@HAp纳米粒子透射电镜图(TEM)，标尺：50nm；(ii)HAp/Col/PLCL和Dex@HAp/Col/PLCL纤维的扫描电镜图(SEM)，标尺：10μm；(iii)Col/PLCL和Dex@HAp/Col/PLCL纤维的TEM图，标尺：200nm；(iv)Dex@HAp/Col/PLCL 3D支架的宏观图；(v)微型显微断层摄影图(Micro
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CT)，标尺：1mm。
[0022]图3为通过动态热机械分析(DMA)方法对Dex@HAp/Col/PLCL纤维基3D支架在压塑模式下的形状记忆测试图：(i)2D应变
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应力
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温度
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时间曲线；(ii)3D应力
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应变
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温度曲线。
[0023]图4为Dex@HAp/Col/PLCL纤维基3D支架的应力松弛图。
[0024]图5为最大形状回复(应)力测试：(i)形状回复(应)力测试装置图；(ii)样品图，标尺：3mm；(iii)测试原理图；(iv)最大回复(应)力测试结果图。
[0025]图6为拔出力测试：(i)拔出力测试装置图；(ii)样品图，标尺：3mm；(iii)测试原理图；(iv)拔出力测试结果图。
[0026]图7为Baseline、+DEX、+PRP和P+D纤维膜支架的细胞募集(i)、细胞增殖(ii)、碱性
磷酸酶(ALP)染色(iii)和茜素红染色(AR本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种力学活性骨组织工程支架的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤S1：制备负载生物活性成分的生物可降解形状记忆聚合物纤维膜；步骤S2：将步骤S1中的生物活性纤维膜制备成3D结构；步骤S3：对步骤S2中的3D结构进行压缩塑形
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固定处理，得到力学活性骨组织工程支架。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的生物活性成分包括促成骨药物，为地塞米松、骨形态发生蛋白、甲状旁腺激素、阿巴拉帕肽中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的生物活性成分包括具有募集细胞作用的生物活性成分，为富血小板血浆、血小板裂解物、基质细胞衍生因子1α中的一种或几种。4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的生物可降解形状记忆聚合物的玻璃化转变温度为38
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45℃；所述步骤S1中的生物可降解形状记忆聚合物为聚乳酸、聚己内酯、乳酸
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己内酯共聚物、乳酸
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乙醇酸共聚物、乳酸
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【专利技术属性】
技术研发人员：张彦中，王先流，车凌宾，周颖，宋滇文，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：