三维纳米结构化复合支架及其制备方法技术

一种能支撑例如生长和分化的细胞活动的三维生物相容性支架的制备方法，所述方法包括提供支撑网格，所述网格形成开放的网状结构并且为第二生物相容性材料提供机械支撑。所述第二生物相容性材料具有相互连接的腔室，所述腔室使得营养物、代谢物和可溶性因子扩散通过所述支架。支架的设计可以理解成分层排列的结构，在微米至亚微米的长度标尺上，上/下制备方法用于制备将组成框架的结构，下/上处理方法用于在所述框架中形成具有特殊纳米大小特征的开放多孔支架。该分层排列的涉及的优势在于：其可以同时具有微米和纳米大小结构的有点，促进特殊的细胞活动和提供充分的机械顺应性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于组织工程的三维复合支架及其制备和使用方法。
技术介绍
组织工程是用于修复组织或使组织再生的策略。组织工程中所涉及的细胞培养物还需要三维支架以支撑细胞。具有三维多孔结构的支架在许多组织培养应用中是必要的， 这是由于细胞在二维单层细胞培养物中会失去其细胞形态和表型表达。在组织再生和修复中，三维支架的装配是一个重要的问题，支架装配的方式是支架模拟细胞外基质，从而促使细胞生长成功能组织，以及使营养物、代谢物和可溶性因子扩散。当组织再生时，三维基质的性质可以极大地影响细胞粘附和生长，以及决定终产物的质量。一种优化的支架材料应能促进细胞粘附、细胞增殖、细胞特异表型的表达以及提高细胞的活性。在许多组织工程应用以及再生性药物领域中，已经有许多生物材料用作支架材料，其通过与移植细胞相互作用来控制工程化组织的功能和结构。这些材料包括天然物质， 例如胶原和海藻酸盐。一些生物材料已经被证明可以支撑细胞长入(ingrowth)和受损组织的再生，并且没有免疫排斥现象，这些生物材料还被证明可以通过刺激细胞合成和分泌细胞外基质蛋白来促进重构过程而协助愈合过程。保留在这些生物材料中的细胞外基质也能通过与例如细胞表面受体的特异性相互作用影响干细胞的表型分化。但是，由于这些分离的生物材料在植入和细胞灌注接种期间机械性质不足，限制了这些材料的应用。高孔隙率的支架通常是受到推荐的，其用于减少植入材料的量并产生较大的表面供细胞黏附。另外，互相连接性(intercormectivity)，即支架中孔隙之间的连接，是非常重要的，这是因为其对于细胞在支架中的移动性以及随后的营养物和细胞产生的废物的运输 (扩散和对流)，起着决定性的作用。Heijkants等人公开Q008) 了通过组合使用盐浸和热诱导相分离技术，以聚氨酯制备多孔支架的方法。该方法可以获得具有非常高的孔隙率和交联性的泡沫材料。该方法一个主要的优点在于许多可变因素，例如孔隙率、孔径和交联性，在制备过程中可以单独地调节而不会出现毒性物质。但是，所得泡沫空隙率的增加却降低了支架的机械稳定性。W02006093778公开了至少部分基于支架层构建的三维制品的实体自由成型制备方法。该方法包括提供支架材料和支撑材料。支撑材料具有泡沫层状外形。泡沫用于在支架的制备期间支撑支架材料，随后通过洗涤出去。在该方法的某些实施例中，泡沫不被除去，而被保留在结构中。W02006093778中说明了将泡沫保留在结构中会导致问题，即其会夹带空气并且可能限制细胞的迁移和运动。另外，为了使打印设备能直接在泡沫中打印，泡沫必须是柔韧的，以使打印装置的喷嘴能浸入泡沫。因此该泡沫不能是在Heijkants等人的论文中公开的聚合物类型。Mo等人Q006)公开了一种用于血管组织再生的中空PCL-PLGA复合物管状支架。该支架包括中空的涂敷了 PCL的PLGA编织管，这种PLGA编织管通过以PCL 二氧六环/水溶液涂敷编织管，然后在相分离后冻干获得。编织管的这种中空结构使得其对于在制备、插入和使用时的压缩力非常脆弱。因此，本专利技术的目的在于提高三维支架的性质以用于组织工程。具体地，支架具有改善的机械稳定性的将是有利的。更具体地，支架在制备(例如剪切)、插入和使用(例如植入)过程中具有改善的压缩机械应力将是有利的。而且，改善支架内细胞移动性以及营养物和细胞产生的废物的运输将是有利的。专利技术概述本专利技术的一个目的在于能支撑例如生长和分化的细胞活动的三维生物相容性支架的制备方法。具体地，本专利技术的目的在于提供一种能解决现有技术中的上述问题的方法。因此，本专利技术一方面涉及能支撑例如生长和细胞分化的细胞活动的三维生物相容性支架的制备方法，所述方法包括-提供包括第一生物相容性材料的支撑网格，所述网格为第二生物相容性材料提供机械支撑，所述第一材料包括一种或多种聚合物，所述网格形成开放网状结构；-向所述开放网状结构的大部分中加入溶液，所述溶液包含一种或多种可生物降解的聚合物与两种或更多种溶剂的混合物；-除去所述溶剂得到在所述开放网状结构中的第二生物相容性材料；所述第二生物相容性材料具有相互连接的腔室，在所述第二生物相容性材料中的所述相互连接的腔室使得细胞生长成功能组织，并且使得营养物、代谢物和可溶性因子扩散遍及所述支架；本专利技术另一方面涉及能支撑例如生长和细胞分化的细胞活动的三维生物相容性支架的制备方法，所述方法包括-提供包括第一生物相容性材料的支撑网格，所述网格为第二生物相容性材料提供机械支撑，所述第一材料包括一种或多种聚合物，所述网格形成开放网状结构；-向所述开放网状结构的大部分中加入溶液，所述溶液包含一种或多种生物相容性聚合物与一种或多种溶剂的混合物；-除去所述溶剂得到在所述开放网状结构中的第二生物相容性材料；所述第二生物相容性材料具有相互连接的腔室，在所述第二生物相容性材料中的所述相互连接的腔室使得细胞生长成功能组织，并且使得营养物、代谢物和可溶性因子扩散通过所述支架；所述网格在制备、插入和使用期间还保护所述三维生物相容性支架不受压缩力的影响。本专利技术又一方面涉及一种能支撑例如生长和分化的细胞活动的三维生物相容性支架，所述支架包含第一和第二生物相容性材料，所述第一材料的形状为微米级的线形成的一个或多个网格，所述线形成空隙的开放网状结构；所述第二材料填充所述开放网状结构的大部分空隙，所述第二材料是多孔的，其中孔隙相互连接，所述第二材料具有多个均勻分布在其中的开孔，所述开孔的平均尺寸小至使细胞不能渗入。本专利技术优选的专利技术涉及一种能支撑例如生长和分化的细胞活动的三维生物相容性支架，所述支架包含第一和第二生物相容性材料，所述第一材料的形状为微米级的线形成的一种或多种网格，所述线形成空隙的开放网状结构；所述第二材料填充所述开放网状结构的大部分空隙，所述第二材料是多孔的，其中空隙相互连接，所述第二材料具有多个均勻分布在其中的开孔，所述开孔的平均尺寸小至使细胞不能渗入，所述网格为所述第二生物相容性材料提供保护性机械支撑，所述网格还保护所述三维生物相容性支架在制备、插入和使用期间不受压缩力的影响，所述第二生物相容性材料包含一种或多种生物相容性聚合物。附图说明图1显示了所示为PCL在1，4_ 二氧六环中的浓度与水含量的函数关系的初始设置；图2显示了在玻璃圆筒中的冻干的支架，用于切支架的“闸床(Guillotine)”和 IOmm直径X 5mm高度的最终支架样品；图3显示了经NaOH处理前(左图)后(右图)的角接触测量。处理后表面亲水性明显增强；图4 显示了含有 Iwt % 的 H2O (A)、3wt % 的 H2O (B)和 7wt % 的 H2O (C)的支架的 SEM 图像。水含量越高，观察到的表面图像越不均勻；图5显示了含有7wt%的H20的溶液制备的支架中的纳米结构的高分辨率SEM图像。最小的特征低至lOnm。整个支架中形态是一致的；图6显示了来自ESRF的纳米断层摄影图像。所示的支架是从含有lwt. % H20的溶液制备的实壁支架(A)和从含有7wt. % H20的溶液制备的多孔壁支架(B)。(A)中壁厚约5 μ m，并且两幅图像长度标尺相同；图7显示了来自ESRF的纳米断层摄影图像。双级支架从含有7wt. % H20的溶液制备。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.06.26 EP 09163896.51.一种能支撑诸如生长和分化的细胞活动的三维生物相容性支架的制备方法，所述方法包括-提供包括第一生物相容性材料的支撑网格，所述网格为第二生物相容性材料提供机械支撑，所述第一材料包括一种或多种聚合物，所述网格形成开放网状结构；-向所述开放网状结构的大部分中加入溶液，所述溶液包含一种或多种生物相容性聚合物与一种或多种溶剂的混合物；-除去所述溶剂得到在所述开放网状结构中的第二生物相容性材料，所述第二生物相容性材料具有相互连接的腔室，在所述第二生物相容性材料中的所述相互连接的腔室允许细胞生长成为功能组织，并且允许营养物、代谢物和可溶性因子遍及所述支架扩散；所述网格还保护所述三维生物相容性支架在制备、插入和使用期间不受压缩力的影响。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种生物相容性聚合物在生理PH值时带正电荷，所述方法还包括下列步骤a)以细胞接种从权利要求1获得的三维生物相容性支架；b)以一种或多种在生理pH值时带负电荷的生物相容性聚合物涂覆所述细胞接种的支架；以及c)任选的，以一种或多种在生理pH值时带正电荷的生物相容性聚合物涂覆所述细胞接种的支架。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种生物相容性聚合物在生理pH值时带负电荷，所述方法还包括下列步骤a)以细胞接种从权利要求1获得的三维生物相容性支架；b)以一种或多种在生理pH值时带正电荷的生物相容性聚合物涂覆所述细胞接种的支架；以及c)任选地，以一种或多种在生理pH值时带负电荷的生物相容性聚合物涂覆所述细胞接种的支架。4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括a)以一种或多种在生理pH值下带负电荷的生物相容性聚合物涂覆支架表面；b)任选地，以细胞接种支架；以及c)任选地，以一种或多种在生理pH值下带正电荷的生物相容性聚合物涂覆支架表面。5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括a)以一种或多种在生理pH值下带正电荷的生物相容性聚合物涂覆支架表面；b)任选地，以细胞接种支架；c)任选地，以一种或多种在生理pH值下带负电荷的生物相容性聚合物涂覆支架表面。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述混合物包含两种或更多种溶剂。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述相互连接的腔室通过热诱导的相分离和/或所述溶剂的冻干来形成。8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述腔室通过气体发泡形成。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述网格由实体自由成型制造方法制得。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述第二生物相容性材料的平均孔径在25nm至800 μ m的范围内。11.根据权利要求6-10中任一项所述的方法，其中所述溶剂的凝固点至少相差5°C。12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述支架表面以天然或合成涂覆材料涂覆，所述天然或合成涂覆材料为例如蛋白质、多肽、核苷酸、和/或小的干扰RNA。13.一种可支撑诸如生长和分化的细胞活动的三维生物相容性支架，所述支架包含第一和第二生物相容性材料，所述第一材料的形状为微米级的线形成的一个或多个网格，所述线形成具有空隙的开放网状结构；所述第二材料填充所述开放网状结构的大部分空隙， 所述第二材料是多孔的，其中孔隙相互连接，所述第二材料具有多个大致均勻地分布于其中的开孔，所述开孔的平均尺寸小至使细胞不能渗入，所述网格为所述第二生物相容性材料提供保护性机械支撑，所述网格还保护所述三维生物相容性支架在制备、插入和使用期间不...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹斯·文吉·尼高，黎·比埃尔，科迪·埃里克·邦杰，弗莱明·贝森巴赫，
申请(专利权)人：奥胡斯大学，中日德兰大区，
类型：发明
国别省市：