骨复合支架及其制备方法和应用
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN202211166861.8 | 申请日 | 2022-09-23 |
| 公开(公告)号 | CN115737917A | 公开(公告)日 | 2023-03-07 |
| 申请人 | 厦门医学院; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 赖颖真; 陈安琪; 毕丽伟; | 第一发明人 | 赖颖真 |
| 权利人 | 厦门医学院 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 厦门医学院 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：福建省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：福建省厦门市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：福建省厦门市集美区灌口中路1999号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：361000 |
| 主IPC国际分类 | A61L27/26 | 所有IPC国际分类 | A61L27/26 ; A61L27/50 ; A61L27/54 |
| 专利引用数量 | 4 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 8 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 厦门市首创君合专利事务所有限公司 | 专利代理人 | 秦彦苏; |
| 摘要 | 本 发明 公开了骨复合 支架 及其制备方法和应用。本发明将PLA、GEL和PVP复合，通过 冷冻干燥 的方法获得PLA/GEL/PVP高分子复合支架，三种 生物 材料 结合各自的材料特点，克服各自 缺陷 ，取长补短，利用PLA的机械强度和可降解性能作为支架的主要材料，混入明胶弥补其生物活性的不足，提高其成骨活性，同时混入PVP以提高支架的亲 水 性，得到的骨复合支架亲水性佳、 生物相容性 好、细胞外矿化水平优秀、成骨活性好，可应用于骨组织工程中进行 骨修复 。 | ||
| 权利要求 | 1.一种骨复合支架，其特征在于：所述骨复合支架的材料包括质量比为5～9：1～5： |
||
| 说明书全文 | 骨复合支架及其制备方法和应用技术领域[0001] 本发明属于组织工程技术领域，具体涉及骨组织工程支架材料。 背景技术[0002] 骨组织在诸多人体器官中占据着非常重要的地位。临床可见由创伤、感染、肿瘤、骨质疏松性骨折等引起的骨缺损，传统的自体骨移植和同种异体骨移植是骨修复的有效方法，然而不可避免地产生骨量不足或移植物排异反应。近年来，骨组织工程技术成为研究热点，以高分子生物材料为基础的骨组织工程支架材料具有无免疫源性、可精确成型、成本可控的优点，还可作为药物传递系统的载体契合各种临床应用。但传统的高分子支架存在亲水性不足，细胞相容性差的问题，成骨性较差。因此，还有必要对现有的骨支架材料进一步改进。 发明内容[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了骨复合支架及其制备方法和应用。 [0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是： [0005] 一种骨复合支架，所述骨复合支架的材料包括质量比为5～9：1～5：0.008～0.012的PLA、PVP和明胶。 [0006] 优选地，所述骨复合支架的材料由质量比为7.8～8.2：1.8～2.2：0.009～0.011的PLA、PVP和明胶组成。 [0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是： [0010] 优选地，所述1,4二氧六环和二氯甲烷的体积比为8～10：1。 [0011] 优选地，将PLA、PVP和明胶溶解于混合有机溶剂中的方法为：先将PLA和PVP在40～50℃溶解于所述混合有机溶剂中，得到PLA/PVP复合溶液，然后将PLA/PVP复合溶液降温至不高于30℃，再将明胶溶液逐滴加入至所述PLA/PVP复合溶液中。 [0012] 优选地，所述明胶溶液的浓度为0.08～0.12％。 [0013] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案之三是： [0014] 上述的骨复合支架在骨组织工程中的应用。 [0015] 聚乳酸(PLA)是骨组织工程中常用的制备生物支架的人工合成材料，它具有良好的生物相容性，较高的力学强度和生物可降解性，但其降解产物偏酸、生物活性较弱、疏水性较强、脆性大等缺陷限制了其应用。 [0016] 明胶(GEL)是胶原蛋白的同源蛋白，明胶结构中含有胺和羧基官能团，能较好地改善亲水性，同时因其通过整合素能促进细胞粘附，在组织工程的应用也十分广泛。但因其机械强度差以及容易降解而较少单独使用。 [0017] 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是应用广泛的乙烯基聚合物之一，具有良好的生物相容性，细胞毒性低，溶解性好，除此以外还具有优良的加工性和非抗原性，已被广泛应用于制药、食品加工和生物医学领域，尤其是应用在药物递送系统，PVP不仅可以改善其他疏水高分子材料的疏水性，而且能够促进药物的缓释。然而PVP当单独使用时，同样存在机械强度较差的问题。 [0018] 亲水性差是细胞生物相容性差的重要原因，然而亲水性好虽然提高了材料的生物相容性，却也加快了材料的消融速度，因此本发明将PLA、GEL和PVP复合，通过冷冻干燥的方法获得PLA/GEL/PVP共同存在的高分子复合支架，三种生物材料结合各自的材料特点，克服各自缺陷，取长补短，一方面利用PLA的机械强度和可降解性能作为支架的主要材料，混入明胶弥补其生物活性的不足，提高其成骨活性，同时混入PVP以提高支架的亲水性，未来也有望在载药上得到应用。 [0020] 本发明所列举的所有范围包括该范围内的所有点值。 [0021] 本发明所述“大约”、“约”或“左右”等指的是所述范围或数值的±20％范围内。 [0022] 本发明中，所述“常温”即常规环境温度，可以为10～30℃。 [0023] 本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点： [0024] 本发明将PLA、GEL和PVP复合，通过冷冻干燥的方法获得PLA/GEL/PVP共同存在的高分子复合支架，亲水性佳、生物相容性好、细胞外矿化水平优秀、成骨活性好，可作为骨支架材料应用于骨组织工程中进行骨修复。附图说明 [0025] 图1为实施例1制备的复合支架电镜形貌。 [0026] 图2为实施例2制备的复合支架电镜形貌。 [0027] 图3为实施例3制备的复合支架电镜形貌。 [0028] 图4为实施例4制备的复合支架电镜形貌。 [0029] 图5为本发明实验例中采用的对照组纯PLA支架的电镜形貌。 具体实施方式[0030] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 [0031] 实施例1： [0032] 配制一定量1,4二氧六环和二氯甲烷的混合有机溶剂，使二者在混合有机溶剂中的体积比为9：1(v/v)。将‑20℃保存的PLA置于常温，使包装表面尽量干燥，防止材料受潮。称取所需质量的PLA于烧杯中，向烧杯中加入一定体积的混合有机溶剂，使PLA的总质量占混合有机溶剂的5％(m/v，即每100mL的混合有机溶剂溶解5g PLA)，将装有PLA和混合有机溶剂的烧杯置于磁力搅拌器上在40～50℃的条件下加热搅拌并充分溶解，得到充分溶解的PLA溶液后，待PLA溶液温度降至30℃左右或以下后，逐滴加入一定体积的0.1％明胶溶液(Cyagen)，使得加入的0.1％明胶溶液体积和PLA溶液中的混合有机溶剂的总体积(近似PLA溶液的体积)比(v/v)为5％，将烧杯置于磁力搅拌器于常温下搅拌30min，使明胶在PLA溶液中尽可能溶解均匀。 [0033] 充分溶解后得到的高分子溶液根据实验需要倒入干燥的5mL或25mL的烧杯中，每个5mL烧杯中约1mL，25mL烧杯中约4mL，最终溶液高度在烧杯中为0.5cm左右。将烧杯口用扎有小孔的锡纸包裹，小烧杯均放入‑20℃冰箱中冷冻12h后，再放入‑80℃冰箱中冷冻6～12h，最后将烧杯中的样品置于真空冷冻干燥机中冻干24h，得到PLA/GEL复合支架。 [0034] 实施例2： [0035] 配制一定量1,4二氧六环和二氯甲烷的混合有机溶剂，使二者在混合有机溶剂中的体积比为9：1(v/v)。将‑20℃保存的PLA置于常温，使包装表面尽量干燥，防止材料受潮。按质量比例8:2称取所需质量的PLA及PVP于烧杯中，加入一定体积的混合有机溶剂，使PLA和PVP的总质量占混合有机溶剂的5％(m/v，即每100mL的混合有机溶剂溶解5g PLA和PVP，其中PLA为4g，PVP为1g，下同)，将装有PLA、PVP和混合有机溶剂的烧杯置于磁力搅拌器上在 40～50℃的条件下加热搅拌至少30min，使其充分溶解。得到充分溶解的PLA/PVP复合溶液后，待PLA/PVP复合溶液温度降至30℃左右或以下后，逐滴加入一定体积的0.1％明胶溶液，使得加入的0.1％明胶溶液体积和PLA/PVP复合溶液中的混合有机溶剂的总体积(近似PLA/PVP复合溶液的体积，下同)的比例(v/v)为5％，将烧杯置于磁力搅拌器于常温下搅拌 30min，使明胶在PLA/PVP复合溶液中尽可能溶解均匀。 [0036] 得到的高分子溶液根据实验需要倒入干燥的5mL或25mL的烧杯中，每个5mL烧杯中约1mL，25mL烧杯中约4mL，最终溶液高度在烧杯中为0.5cm左右。将烧杯口用扎有小孔的锡纸包裹，小烧杯均放入‑20℃冰箱中冷冻12h后，再放入‑80℃冰箱中冷冻6～12h，最后将烧杯中的样品置于真空冷冻干燥机中冻干24h，得到PLA/GEL/PVP复合支架。 [0037] 实施例3： [0038] 配制一定量1,4二氧六环和二氯甲烷的混合有机溶剂，使二者在混合有机溶剂中的体积比为9：1(v/v)。将‑20℃保存的PLA置于常温，使包装表面尽量干燥，防止材料受潮。按质量比例7:3称取所需质量的PLA及PVP于烧杯中，加入一定体积的混合有机溶剂，使PLA和PVP的总质量占混合有机溶剂的5％(m/v)，将装有PLA、PVP和混合有机溶剂的烧杯置于磁力搅拌器上在40～50℃的条件下加热搅拌至少30min，使其充分溶解。得到充分溶解的PLA/PVP复合溶液后，待PLA/PVP复合溶液温度降至30℃左右或以下后，逐滴加入一定体积的 0.1％明胶溶液，使得加入的0.1％明胶溶液体积和PLA/PVP复合溶液中的混合有机溶剂的总体积比(v/v)为5％，将烧杯置于磁力搅拌器于常温下搅拌30min，使明胶在PLA/PVP复合溶液中尽可能溶解均匀。 [0039] 得到的高分子溶液根据实验需要倒入干燥的5mL或25mL的烧杯中，每个5mL烧杯中约1mL，25mL烧杯中约4mL，最终溶液高度在烧杯中为0.5cm左右。将烧杯口用扎有小孔的锡纸包裹，小烧杯均放入‑20℃冰箱中冷冻12h后，再放入‑80℃冰箱中冷冻6～12h，最后将烧杯中的样品置于真空冷冻干燥机中冻干24h，得到PLA/GEL/PVP复合支架。 [0040] 实施例4： [0041] 配制一定量1,4二氧六环和二氯甲烷的混合有机溶剂，使二者在混合有机溶剂中的体积比为9：1(v/v)。将‑20℃保存的PLA置于常温，使包装表面尽量干燥，防止材料受潮。按质量比例5:5称取所需质量的PLA及PVP于烧杯中，加入一定体积的混合有机溶剂，使PLA和PVP的总质量占混合有机溶剂的5％(m/v)，将装有PLA、PVP和混合有机溶剂的烧杯置于磁力搅拌器上在40～50℃的条件下加热搅拌至少30min，使其充分溶解。得到充分溶解的PLA/PVP复合溶液后，待PLA/PVP复合溶液温度降至30℃左右或以下后，逐滴加入一定体积的 0.1％明胶溶液，使得加入的0.1％明胶溶液体积和PLA/PVP复合溶液中的混合有机溶剂的总体积比(v/v)为5％，将烧杯置于磁力搅拌器于常温下搅拌30min，使明胶在PLA/PVP复合溶液中尽可能溶解均匀。 [0042] 得到的高分子溶液根据实验需要倒入干燥的5mL或25mL的烧杯中，每个5mL烧杯中约1mL，25mL烧杯中约4mL，最终溶液高度在烧杯中为0.5cm左右。将烧杯口用扎有小孔的锡纸包裹，小烧杯均放入‑20℃冰箱中冷冻12h后，再放入‑80℃冰箱中冷冻6～12h，最后将烧杯中的样品置于真空冷冻干燥机中冻干24h，得到PLA/GEL/PVP复合支架。 [0043] 实验例 [0044] 1.复合支架的亲水性 [0046] 表1 复合支架的亲水性 [0047] 接触角(°)对照组(纯PLA) 139.43±2.01 实施例1(PLA/GEL) 132.633±1.008 实施例2(PLA/GEL/PVP) 106.133±1.292 实施例3(PLA/GEL/PVP) 111.367±3.701 实施例4(PLA/GEL/PVP) 116.067±2.831 [0048] 结果显示实施例2的复合支架亲水性最佳，差别具有统计学意义，且随PVP的添加量增大，复合支架的疏水性越强，但均优于实施例1。 [0049] 2.复合支架的孔隙率 [0050] 吸水率：将各实施例制备的复合支架浸入PBS溶液湿态24小时后质量记录为W1，65℃的烘干箱中烘干4个小时至复合支架完全烘干，称重，记录烘干状态复合支架的质量为W2。通过以下吸水率公式计算出吸水率。 [0051] 吸水率＝(W1‑W2)/W2 X 100％ [0052] 孔隙率：测量各实施例制备的复合支架高度和直径，称量干燥的复合支架质量记录为W1。将培养皿放置于真空干燥机干燥再次称量复合支架的质量，记为W2。通过以下孔隙率公式计算出孔隙率。 [0053] 孔隙率＝((W2‑W1)/ρ)/V X 100％ [0055] 表2 复合支架的吸水率和孔隙率 [0056] 吸水率 孔隙率 对照组(纯PLA) 101.11％±0.94％ 98.12％±2.31％ 实施例1(PLA/GEL) 103.34％±1.83％ 73.05％±2.91％、 实施例2(PLA/GEL/PVP) 137.87％±6.10％ 93.88％±5.19％、 实施例3(PLA/GEL/PVP) 182.0％±15.94％ 59.0％±10.38％、 实施例4(PLA/GEL/PVP) 273.01％±16.16％ 77.69％±3.25％ [0057] 由表2可知，纯PLA支架的孔隙率最大，与明胶复合后孔隙率有所减少，进一步与PVP改性后，复合支架的吸水性较PLA/GEL均有增加，可见随着PVP比例的增加，吸水率有不同程度增加，实施例2的孔隙率最大。 [0058] 3.复合支架的生物相容性 [0059] 采用CCK8实验对提供的实施例1～4进行复合支架生物相容性的测试，测量成骨细胞MC3T3‑E1细胞在材料表面的1、3、5天的增殖结果(OD450吸光度值)，并选取了纯PLA作为对照组，实验结果如表3，明胶的混入虽然降低了孔径的大小，但明胶良好的生物相容性，促进了细胞增殖与成骨矿化，其中实施例2细胞增殖的最为迅速，各组复合支架的细胞相容性均比纯PLA增加。 [0060] 表3 复合支架上的细胞增殖水平 [0061] 1D 3D 5D对照组(纯PLA) 0.322±0.013 0.257±0.008 0.219±0.003 实施例1(PLA/GEL) 0.563±0.012 1.126±0.013 1.817±0.082 实施例2(PLA/GEL/PVP) 1.009±0.004 1.910±0.019 3.606±0.048 实施例3(PLA/GEL/PVP) 0.827±0.008 1.783±0.034 3.069±0.026 实施例4(PLA/GEL/PVP) 0.799±0.003 1.581±0.013 2.524±0.039 [0062] 4.复合支架细胞外矿化水平 [0063] 测定各实施例的复合支架的成骨功能的14天的钙沉积，采用茜素红染色，OD560测定吸光度值，结果如表4，可见各实施例均比对照组纯PLA体外矿化增强，其中在实施例2的复合支架上的细胞外矿化水平最高，且与其他各组相比存在显著性差异，实施例4的复合支架次之，组间差异与亲水性能差异及细胞增殖组内趋势及组间差异大致符合。 [0064] 表4 复合支架上的细胞外矿化水平 [0065] OD值对照组(纯PLA) 0.118±0.002 实施例1(PLA/GEL) 1.164±0.061 实施例2(PLA/GEL/PVP) 1.925±0.029 实施例3(PLA/GEL/PVP) 1.397±0.135 实施例4(PLA/GEL/PVP) 1.628±0.012 [0066] 5.复合支架的电镜照片 [0067] 实施例1～4制备的复合支架的电镜照片分别如图1至图4，复合支架内部呈现多孔疏松的不规则形貌特征，孔隙之间相互连接。与图5的对照组纯PLA支架相比，纯PLA孔径最大，复合明胶后孔径明显减少，被明胶充填，但进一步复合不同比例PVP后，PLA/GEL/PVP复合支架孔径较PLA/GEL支架有所增加，且内壁更薄，能够提供细胞在孔隙四周或内部进行生长的空间，最终促进了细胞增殖与成骨矿化，实现了良好的生物相容性和成骨活性。 [0068] 综合以上结果，PLA混入不同比例的PVP与明胶，均增加了复合支架的生物相容性与成骨性能，其中实施例2的复合支架(PLA、PVP和明胶的质量比为8：2：0.01)的亲水性、生物相容性和细胞外矿化水平最优。 |
||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈