一种再生骨支架及其制备方法和应用

本发明涉及骨组织工程，尤其涉及一种再生骨支架及其制备方法和应用。

背景技术：

1、人体自然骨修复是一个连续的过程，包括血管形成、软愈伤组织形成、硬愈伤组织形成和矿化骨重塑。目前自体骨移植和同种异体骨移植是常用的治疗手段，但会引发感染、排异反应等并发症。而3d生物打印骨组织工程支架具有良好的生物相容性及生物可降解性，为骨缺损的修复提供了新思路、新方向。

2、对于大块骨缺损修复，早期缺乏新生血管的生长以及缺乏足够的血管供应会导致中心组织细胞活性低，修复部位的血液供应不足，影响氧气与营养物质的输送，从而影响新骨组织的生长和发育。现有技术中通过在生物骨支架中添加生物活性离子改善血管生成及骨缺损修复效果，但是生物骨支架中添加的生物活性离子单一，不符合人体自然环境，不利于促进血管化网络预生成和骨缺损修复。

3、骨稳态需要多种生物活性离子调节，控制多种生物活性离子时序释放可以促进血管化网络预生成和骨缺损修复，但是目前在生物骨支架中添加多种生物活性离子，并使支架中生物活性离子能够实现时序释放对骨缺损进行修复还未见报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种再生骨支架及其制备方法和应用，本发明制备的再生骨支架可实现多种生物活性离子的时序释放，有利于血管生成与骨缺损修复。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种再生骨支架，包括复合水凝胶骨支架、包覆于所述复合水凝胶骨支架表面的聚ε-己内酯层以及填充于所述复合水凝胶骨支架孔隙中的mg2+水凝胶微球；所述复合水凝胶骨支架包括水凝胶材料和分布于所述水凝胶材料中的介孔二氧化硅纳米颗粒。

4、优选地，所述水凝胶材料为甲基丙烯酰化明胶或明胶。

5、优选地，所述复合水凝胶骨支架中水凝胶材料和介孔二氧化硅纳米颗粒的质量比为1：(1.61～3.3)。

6、优选地，所述聚ε-己内酯层的厚度为50～180μm。

7、优选地，所述mg2+水凝胶微球的直径为170～230μm。

8、本发明还提供了上述再生骨支架的制备方法，包括以下步骤：

9、(1)将水凝胶材料、固化剂、介孔二氧化硅纳米颗粒和无机溶剂混合后依次进行3d打印和第一固化，得到复合水凝胶骨支架；

10、(2)将所述步骤(1)得到的复合水凝胶骨支架在聚ε-己内酯溶液中进行浸渍，得到表面涂覆聚ε-己内酯的复合水凝胶骨支架；

11、(3)将mg2+微球注射液注射到步骤(2)得到的表面涂覆聚ε-己内酯的复合水凝胶骨支架中，进行第二固化，得到再生骨支架；所述mg2+微球注射液为mg2+水凝胶微球、甲基丙烯酰化明胶和无机溶剂的混合液；所述mg2+微球注射液中的水凝胶材料和无机溶剂与所述步骤(1)中相同。

12、优选地，所述步骤(1)中水凝胶材料与固化剂的质量比为(10～13)：(0.2～0.26)。

13、优选地，所述步骤(2)中聚ε-己内酯溶液的质量浓度为25～35wt％。

14、本发明还提供了上述再生骨支架在制备治疗骨缺损修复材料中的应用。

15、本发明提供了一种再生骨支架，包括复合水凝胶骨支架、包覆于所述复合水凝胶骨支架表面的聚ε-己内酯层以及填充于所述复合水凝胶骨支架孔隙中的mg2+水凝胶微球；所述复合水凝胶骨支架包括水凝胶材料和分布于所述水凝胶材料中的介孔二氧化硅纳米颗粒。本发明通过在复合水凝胶骨支架中使用介孔二氧化硅颗粒使其负载si4+，同时在支架孔隙填充mg2+水凝胶微球负载mg2+，使mg2+与si4+两种生物活性离子以不同的方式负载；通过在骨支架表面包覆聚ε-己内酯层，使mg2+水凝胶微球的降解速率优于复合水凝胶骨支架，形成mg2+与si4+的时序释放，促进了血管生成与骨缺损修复；并且，在后续支架降解过程中水凝胶材料比聚ε-己内酯降解速率快，支架逐渐形成仅存聚ε-己内酯的中空三维横纵贯通结构，有利于营养物质的交换与细胞的迁移与生长，促进血管的生成与侵入。实施例结果显示：由本发明提供的再生骨支架huvecs细胞增值率为128％，bmscs细胞增值率163％；管状形成数量为37，分支总长度为3.6×103；vegf mrna表达水平为4.8，opn mrna表达水平为3.5，alp mrna表达水平为3.6。

技术特征：

1.一种再生骨支架，包括复合水凝胶骨支架、包覆于所述复合水凝胶骨支架表面的聚ε-己内酯层以及填充于所述复合水凝胶骨支架孔隙中的mg2+水凝胶微球；所述复合水凝胶骨支架包括水凝胶材料和分布于所述水凝胶材料中的介孔二氧化硅纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的再生骨支架，其特征在于，所述水凝胶材料为甲基丙烯酰化明胶或明胶。

3.根据权利要求1或2所述的再生骨支架，其特征在于，所述复合水凝胶骨支架中水凝胶材料和介孔二氧化硅纳米颗粒的质量比为1：(1.61～3.3)。

4.根据权利要求1所述的制备方法再生骨支架，其特征在于，所述聚ε-己内酯层的厚度为50～180μm。

5.根据权利要求1所述的再生骨支架，其特征在于，所述mg2+水凝胶微球的直径为170～230μm。

6.权利要求1～5任意一项所述再生骨支架的制备方法，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水凝胶材料与固化剂的质量比为(10～13)：(0.2～0.26)。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中聚ε-己内酯溶液的质量浓度为25～35wt％。

9.权利要求1～5任意一项所述再生骨支架或权利要求6～8任意一项所述制备方法制备的再生骨支架在制备治疗骨缺损修复材料中的应用。

技术总结
本发明提供了一种再生骨支架及其制备方法和应用，属于骨组织工程技术领域。本发明通过在复合水凝胶骨支架中使用介孔二氧化硅颗粒使其负载Si<supgt;4+</supgt;，同时在支架孔隙填充Mg<supgt;2+</supgt;水凝胶微球负载Mg<supgt;2+</supgt;，使Mg<supgt;2+</supgt;与Si<supgt;4+</supgt;两种生物活性离子以不同的方式负载；通过在骨支架表面包覆聚ε‑己内酯层，使Mg<supgt;2</supgt;水凝胶微球的降解速率优于复合水凝胶骨支架，形成Mg<supgt;2+</supgt;与Si<supgt;4+</supgt;的时序释放，促进了血管生成与骨缺损修复；并且，在后续支架降解过程中水凝胶材料比聚ε‑己内酯降解速率快，支架逐渐形成仅存聚ε‑己内酯的中空三维横纵贯通结构，有利于营养物质的交换与细胞的迁移与生长，促进血管的生成与侵入。

技术研发人员：张海光,顾怡,胡庆夕
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14