一種力學活性骨組織工程支架的制備方法及其應用技術

本發明專利技術涉及一種力學活性骨組織工程支架的制備方法及其應用，即通過對電紡仿生纖維基3D支架進行壓縮塑形處理使其具有形狀記憶特性和力學活性，之后在受熱刺激作用和回復受限的情況下，使塑形支架依靠自身的形狀回復力在骨缺損處施加原位力學刺激以促進骨形成和骨重塑。本發明專利技術為基于組織工程方法的骨缺損的再生性修復提供新的原位施加力學刺激方式，增強生物材料支架對骨缺損的誘導再生作用，促進形狀記憶聚合物在骨組織工程中的應用和臨床轉化。化。化。

【技術實現步驟摘要】
一種力學活性骨組織工程支架的制備方法及其應用


[0001]本專利技術屬于組織工程生物材料領域，特別涉及一種可原位施加力學刺激的力學活性纖維基骨組織工程支架的制備方法。

技術介紹

[0002]骨組織工程方法通常是基于干細胞技術、生物材料支架及各種生化信號作用來實現對不同類型骨缺損的再生性修復和功能重建。“完美”的骨組織再生性修復取決于重建缺損骨組織的生物和力學微環境。盡管目前通過不同種類的生物材料負載生物活性因子構建生物學微環境的方式已發展出了多種類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]，考慮到骨組織是一種力學敏感組織，在植入部位引入力學刺激信號作為一種介入手段將可以有效提高對骨缺損的再生修復功效[Biomaterials 2010,31(8):2446
?
2452；Nat.Commun.2021,12(1):No.1031；Biomaterials 2021,279:No.121203]。雖然體外構建骨組織工程植入體時，可以依賴生物反應器來提供力學信號[Biomaterials 2010,31(33):8684
?
8695；J.Biomed.Mater.Res.B 2021,110(2):321
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337]，但在植入體植入后如何在缺損部位施加力學刺激以促進成骨仍是挑戰性的難題。因此，在生物活性支架的基礎上開發可以產生內源性力學刺激的骨組織工程支架(即力學活性骨組織工程支架——施加的力學刺激是由植入的支架自身來實現)，構建適合骨細胞生長和組織重塑的力學微環境成為了亟待解決的關鍵問題。基于形狀記憶材料的形狀記憶效應(SME)，利用其受限回復時產生的回復力作用，將為構建力學活性骨組織工程支架提供可能。

技術實現思路

[0003]本專利技術所要解決的核心問題是提高原位骨組織工程方法對損傷骨組織的再生修復功效，因而開發一種能夠提供自主施加力學刺激的力學活性骨組織工程支架的制備方法。其基本原理是在具有生物活性的骨組織工程支架上，通過塑形處理使其具有形狀記憶特性和力學活性，然后在回復受限情況下觸發形狀回復過程通過SME產生形狀回復力，從而引入力學刺激促進骨形成和骨重塑。
[0004]一種力學活性骨組織工程支架的制備方法，包括如下步驟：
[0005]步驟S1：制備負載生物活性成分的生物可降解形狀記憶聚合物纖維膜；
[0006]步驟S2：將步驟S1中的生物活性纖維膜制備成3D結構；
[0007]步驟S3：對步驟S2中的3D結構進行壓縮塑形
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固定處理，得到力學活性骨組織工程支架。
[0008]優選的是，本專利技術步驟S1中的生物活性成分包括促成骨藥物，為地塞米松、骨形態發生蛋白、甲狀旁腺激素、阿巴拉帕肽中的一種或幾種。
[0009]優選的是，本專利技術步驟S1中的生物活性成分包括具有募集細胞作用的生物活性成
分，可以為富血小板血漿、血小板裂解物、基質細胞衍生因子1α中的一種或幾種。
[0010]優選的是，本專利技術步驟S1中的生物可降解形狀記憶聚合物的玻璃化轉變溫度為38
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45℃。
[0011]優選的是，本專利技術步驟S1中的生物可降解形狀記憶聚合物為聚乳酸PLA、聚己內酯PCL、乳酸
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己內酯共聚物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、對二氧環己酮PDO、甘油
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十二烷二酸酯共聚物PGD中的一種或幾種。
[0012]優選的是，本專利技術步驟S1中的纖維制備方法為靜電紡絲、熔融紡絲、溶液紡絲、熔噴紡絲、3D打印中的一種或幾種。
[0013]優選的是，本專利技術步驟S2中的3D成型構建方法為疊層
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熱壓、卷繞
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熱壓、3D打印中的一種或幾種。
[0014]優選的是，本專利技術步驟S3中的壓縮塑形在高于支架的形狀記憶轉變溫度的熱環境中壓縮至10
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70％應變；然后在低溫環境中進行固定，固定時長為不限。
[0015]優選的是，本專利技術步驟S3制得的力學活性骨組織工程支架是在完全受限條件下回復，回復條件為40
±
5℃的熱環境下進行。
[0016]一種本專利技術的方法制備的力學活性骨組織工程支架。
[0017]一種本專利技術的方法制備的力學活性骨組織工程支架在體內植入修復骨缺損中的應用。
[0018]有益效果
[0019]本專利技術所用方法操作簡單，材料方便易得；不需要采用外源性的力學刺激作用即可加速骨組織的形成和重塑，骨再生功效高，有助于促進形狀記憶聚合物在骨組織工程領域的臨床轉化，市場應用潛力大。
附圖說明
[0020]圖1為本專利技術用于原位骨組織工程的力學活性纖維基3D支架的構建流程示意圖：(i)生物活性纖維膜制備方法；(ii)疊層
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卷繞
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熱壓制備3D支架及形狀記憶功能塑形處理；(iii)植入功能演示。
[0021]圖2為本專利技術構建的具有生物活性的3D纖維基支架的微觀和宏觀結構表征：(i)HAp和Dex@HAp納米粒子透射電鏡圖(TEM)，標尺：50nm；(ii)HAp/Col/PLCL和Dex@HAp/Col/PLCL纖維的掃描電鏡圖(SEM)，標尺：10μm；(iii)Col/PLCL和Dex@HAp/Col/PLCL纖維的TEM圖，標尺：200nm；(iv)Dex@HAp/Col/PLCL 3D支架的宏觀圖；(v)微型顯微斷層攝影圖(Micro
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CT)，標尺：1mm。
[0022]圖3為通過動態熱機械分析(DMA)方法對Dex@HAp/Col/PLCL纖維基3D支架在壓塑模式下的形狀記憶測試圖：(i)2D應變
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應力
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溫度
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時間曲線；(ii)3D應力
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應變
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溫度曲線。
[0023]圖4為Dex@HAp/Col/PLCL纖維基3D支架的應力松弛圖。
[0024]圖5為最大形狀回復(應)力測試：(i)形狀回復(應)力測試裝置圖；(ii)樣品圖，標尺：3mm；(iii)測試原理圖；(iv)最大回復(應)力測試結果圖。
[0025]圖6為拔出力測試：(i)拔出力測試裝置圖；(ii)樣品圖，標尺：3mm；(iii)測試原理圖；(iv)拔出力測試結果圖。
[0026]圖7為Baseline、+DEX、+PRP和P+D纖維膜支架的細胞募集(i)、細胞增殖(ii)、堿性
磷酸酶(ALP)染色(iii)和茜素紅染色(AR本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種力學活性骨組織工程支架的制備方法，其特征在于包括如下步驟：步驟S1：制備負載生物活性成分的生物可降解形狀記憶聚合物纖維膜；步驟S2：將步驟S1中的生物活性纖維膜制備成3D結構；步驟S3：對步驟S2中的3D結構進行壓縮塑形
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固定處理，得到力學活性骨組織工程支架。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中的生物活性成分包括促成骨藥物，為地塞米松、骨形態發生蛋白、甲狀旁腺激素、阿巴拉帕肽中的一種或幾種。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中的生物活性成分包括具有募集細胞作用的生物活性成分，為富血小板血漿、血小板裂解物、基質細胞衍生因子1α中的一種或幾種。4.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于，所述步驟S1中的生物可降解形狀記憶聚合物的玻璃化轉變溫度為38
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45℃；所述步驟S1中的生物可降解形狀記憶聚合物為聚乳酸、聚己內酯、乳酸
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己內酯共聚物、乳酸
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乙醇酸共聚物、乳酸
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【專利技術屬性】
技術研發人員：張彥中，王先流，車凌賓，周穎，宋滇文，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：