本发明专利技术公开了一种多重复合可梯度降解骨组织工程支架材料及其制备方法，该复合支架材料由磷酸钙骨水泥、生物相容可降解合成高分子及生物相容可降解天然高分子组成，多重复合支架材料具有较好的力学性能和梯度降解特性，同时还可以通过载入骨生长因子诱导体内干细胞分化为成骨细胞，达到骨组织缺损再生修复的目的，可显著提高支架材料的初期强度和韧性，保障在操作和植入过程中支架材料有足够的强度和韧性；由于复合高分子材料后支架具有的良好的柔韧性，可进行一定的切割等机械加工。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医学工程领域的组织工程材料技术，特别涉及多重复合可 梯度降解骨组织工程支架材料及其制备方法。
技术介绍
因工伤事故、交通事故、骨科炎症、骨肿瘤及与老龄相关的骨科疾病等所 造成的骨缺损病例众多，严重影响了人们的健康水平和生活质量。当前采用的 骨缺损临床治疗方法主要有自体骨移植，异体骨移植和人造材料修复。虽然 自体骨是理想的骨移植材料，但供骨来源有限，二次手术会给患者带来痛苦， 并对供体产生新的损伤，供骨区还可能出现形态和功能障碍；异体骨虽然来源较丰富，可预先贮存，使用方便，但其存在免疫排异反应，而且因异体骨处理 方面的疏漏还可能导致受体感染，并有导致传染疾病和肿瘤生成的可能，也限制了异体骨的广泛应用；而采用人造材料进行骨缺损的直接替代修复，由于难 以实现缺损部位的骨组织再生，修复效果不理想。因此，人们一直寻求更理想 的骨缺损生物性重建修复方法。组织工程学(TissueEngineering)的发展，为骨缺损的治疗和修复提供了 一条较理想的、可行的途径。组织工程的核心为建立细胞与生物材料的三维 空间复合体，即具有生命力的活体组织，用来对病损组织进行形态、结构和功 能的重建并达到永久性替代。组织工程包括三个关键因素信号分子(生长因 子、诱导因子)、支架材料和靶细胞。支架材料在构建组织工程化组织或器官 中占有举足轻重的地位,不仅为特定的细胞提供结构支撑，有利于细胞的黏附、 营养物质的交换、细胞增殖和分化并向支架内部迁移，为细胞生长提供合适的 外部环境，而且还能起到模板的作用，引导组织再生和控制组织结构。理想的 组织工程支架材料应具有三维连通的多孔结构，良好的生物相容性，与组织再 生相匹配的降解速度，能促进组织再生的化学表面和一定的力学强度。目前常用的组织工程支架材料包括可降解的生物活性无机材料、天然生物 高分子和可降解合成高分子材料以及它们的复合材料。天然生物高分子材料以胶原、明胶、壳聚糖为代表，这类材料具有良好的生物相容性和细胞亲和性， 来源广泛，但这类材料产品性质不稳定，大多数力学性能差，成型加工受限制， 分子结构复杂，此外，降解吸收过快，可控降解性不好；可降解合成高分子材料以聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)及它们的共聚物(PLGA)为代表，这 类材料大多具有良好的力学性能，可使用多种加工方法制备成三维多孔材料， 可通过分子设计对其降解速率、活性基团种类等进行一定的设计及调控，但这 类材料的疏水性较强，细胞亲和性不理想，且降解产物一般呈酸性，易引起无 菌性炎症，对组织造成不良的影响；无机材料以磷酸钙类陶瓷和生物活性玻璃 为代表，这类材料成分接近硬组织，生物相容性和生物活性好，致密体的力学 性能良好，在作为硬组织替代的骨植入材料方面有更好的应用前景，但这类材 料呈脆性，在制备高孔隙率的三维连通支架上有一定难度，且其高孔隙率支架 的强度通常很低，此外，由于缺乏类似高分子材料的可供反应的活性基团，在 结合生物活性分子上受到一定的限制，其可控降解性也不太理想。虽然近几年 有关组织工程支架材料的研究很多，但至今尚未研制出一种理想的骨组织工程 支架材料。如何制备出生物相容性、细胞亲和性、力学性能良好以及材料降解 与细胞生长或成骨速度基本匹配的高孔隙率支架是目前组织工程研究急需解 决的问题。解决问题的可行途径之一是通过两种或以上具有互补特性的生物可 降解材料复合，并进行仿生设计、模拟和实验，制备性能优异的复合组织工程 支架材料。磷酸钙骨水泥(CPC)是一种新型的自固型生物活性材料，具有良好的生 物相容性、骨传导性、可降解性、可塑性，而且反应产生的热量少，是较理想 的骨替代及修复材料。由于自固化磷酸钙能在常温下水化成为弱结晶羟基磷灰 石，具有良好的可降解吸收性，且易于成型和成孔，因此是制备磷酸钙类多孔 组织工程支架的理想材料。Xu等人对磷酸四钙-无水磷酸氢钙体系骨水泥组织工程支架进行了系统的研究，对支架的体外细胞培养表明磷酸钙骨水泥材料具 有良好的生物相容性[H.H.K. Xu, et al. Biomaterials 2005, 26: 1337-1348.]。然而，在多年的研究与应用过程中，磷酸钙类材料呈脆性、强度偏低的问题一直 未能得到很好的解决，限制了它的广泛应用。这直接造成了高孔隙率的多孔磷 酸钙组织工程支架强度很低。为了解决这一难题，人们从不同的角度入手进行了研究，其中包括采用不同的磷酸钙配方体系，加入能起增强作用的添加剂等；选用柠檬酸(钠)、苹果酸、磷酸钠盐等有机及无机溶液作为调和液；另外，借鉴传统的增强方法，与晶须、有机高分子材料、短纤维等复合。通过这 些方法使磷酸钙骨水泥的力学性能得到了不同程度的提高，但是效果仍不理 想，尤其是对于具有高孔隙率的磷酸钙组织工程支架材料，力学性能差仍然是 阻碍其实际应用的关键。目前研究较多、效果较好的是采用复合高分子材料的 方法，Xu等分别研究了直接向骨水泥基体中加入可吸收缝合线纤维[H.H.K.Xu et al. J. Biomed. Mater. Res. Part A. 2005， 75: 966—975.]、加入PLGA网状增 强物[H.H.K. Xu et al. J. Biomed. Mater. Res. Part A. 2004， 69: 267—278.〗、加入壳 聚糖[H.H.K Xu et al. Biomaterials 2005, 6: 1337-1348.]，来改善骨水泥的力学性 能，使多孔骨水泥支架的力学性能得到了比较明显的提高。然而由于加入的高 分子材料的降解明显较磷酸钙骨水泥快，一旦与骨水泥随机混合的增强体降解 后，支架的强度会显著下降，可能使材料无法承受原来所承受的载荷而塌陷。 另一方面，这些增强剂对支架的生物相容性和细胞亲和性没有改善作用，甚至 有的(如PLGA)还会使支架的生物相容性和细胞亲和性下降。有关自固化磷酸钙组织工程支架材料的研究普遍没有考虑支架材料降解 速率的调控问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种多重复合 可梯度降解骨组织工程支架材料及其制备方法，该复合支架材料由磷酸钙骨水 泥、生物相容可降解合成高分子及生物相容可降解天然高分子组成，在植入体 内后，降解很快的天然高分子首先降解并在复合支架中原位形成连通大孔隙， 供新骨组织长入，起到支架的作用；降解相对较慢的合成高分子附着在多孔支 架的孔壁加强磷酸钙多孔支架基体，使支架能够在一段时间内保持良好的强 度。随着合成高分子和磷酸钙骨水泥多孔基体的逐渐降解，细胞和组织不断长 入，最终整个复合支架完全降解，植入部位被新生骨组织替代。多重复合支架 材料具有较好的力学性能和梯度降解性能，同时还可以通过载入骨生长因子诱 导体内干细胞分化为成骨细胞，达到骨组织缺损再生修复的目的，能适应临床 使用的要求。本专利技术的目的通过下述技术方案实现 一种多重复合可梯度降解骨组织工 程支架材料的制备方法，包括如下步骤(1)将生物相容可降解合成高分子材料溶解在溶剂中，配制成质量百分比浓度为1 20%的溶液，然后搅拌或静置1 48小时，过滤，得到合成高分子溶液A;在溶解过程中，根据需要可采用加热(40 80°C)的方法促进合成高分子材料溶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多重复合可梯度降解骨组织工程支架材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤： （１）将生物相容可降解合成高分子材料溶解在溶剂中，配制成质量百分比浓度为１～２０％的溶液，然后搅拌或静置１～４８小时，过滤，得到合成高分子溶液； 将生 物相容可降解天然高分子材料溶解在溶剂中，配制成质量百分比浓度为５～２５％的溶液，然后搅拌或静置１～４８小时，过滤，得到天然高分子溶液； （２）将总孔隙率为７０～９５％的磷酸钙骨水泥多孔支架在３０～１００℃下干燥１～４８小时；将磷酸钙骨 水泥多孔支架浸泡到步骤（１）所配制的合成高分子溶液中，真空干燥０．５～５小时，得到灌注了合成高分子材料的磷酸钙骨水泥多孔支架； （３）将灌注了合成高分子材料的磷酸钙骨水泥多孔支架拭干表面，在－６０～－４℃下预冻１～４８小时；将获得的冻 结复合材料冷冻干燥２～４８小时，即得合成高分子与磷酸钙复合的多孔组织工程支架材料； （５）将由步骤（３）所得到合成高分子与磷酸钙复合的多孔组织工程支架材料浸泡到步骤（１）的天然高分子溶液中，真空干燥０．５～５小时，得到灌注了天然高分子 溶液的磷酸钙骨水泥多孔支架； （６）将灌注了天然高分子溶液的磷酸钙骨水泥多孔支架拭干表面，在－６０～－４℃下预冻１～４８小时；然后将获得的冻结材料冷冻干燥２～４８小时，即得多重复合可梯度降解骨组织工程支架材料。...
【技术特征摘要】
1、一种多重复合可梯度降解骨组织工程支架材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)将生物相容可降解合成高分子材料溶解在溶剂中，配制成质量百分比浓度为1～20％的溶液，然后搅拌或静置1～48小时，过滤，得到合成高分子溶液；将生物相容可降解天然高分子材料溶解在溶剂中，配制成质量百分比浓度为5～25％的溶液，然后搅拌或静置1～48小时，过滤，得到天然高分子溶液；(2)将总孔隙率为70～95％的磷酸钙骨水泥多孔支架在30～100℃下干燥1～48小时；将磷酸钙骨水泥多孔支架浸泡到步骤(1)所配制的合成高分子溶液中，真空干燥0.5～5小时，得到灌注了合成高分子材料的磷酸钙骨水泥多孔支架；(3)将灌注了合成高分子材料的磷酸钙骨水泥多孔支架拭干表面，在-60～-4℃下预冻1～48小时；将获得的冻结复合材料冷冻干燥2～48小时，即得合成高分子与磷酸钙复合的多孔组织工程支架材料；(5)将由步骤(3)所得到合成高分子与磷酸钙复合的多孔组织工程支架材料浸泡到步骤(1)的天然高分子溶液中，真空干燥0.5～5小时，得到灌注了天然高分子溶液的磷酸钙骨水泥多孔支架；(6)将灌注了天然高分子溶液的磷酸钙骨水泥多孔支架拭干表面，在-60～-4℃下预冻1～48小时；然后将获得的冻结材料冷冻干燥2～48小时，即得多重复合可梯度降解骨组织工程支架材料。2、 根据权利要求1所述的一种多重复合可梯度降解骨组织工程支架材料的制备方法，其特征在于所述的生物相容可降解合成高分子材料包括聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓峰，何福坡，漆小鹏，王迎军，吴刚，叶建东，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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