CN100556468C - 一种膜状组织工程支架及其应用 - Google Patents
一种膜状组织工程支架及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种膜状组织工程支架，主要由孔径为20～1000nm的生物材料纤维构成的小孔层与孔径为50～1000μm的生物材料海绵或大纤维构成的大孔层复合而成，所述的小孔层与大孔层相连通。本发明的有益效果主要体现在：(1)本发明支架的纳米/此微米纤维膜组成20～1000nm的纳米级小孔层可阻挡缺损周边纤维细胞侵入；支架的50～1000微米大孔层提供一个缺损内部细胞组织的长入支架；(2)本发明支架的纳米/次微米纤维膜具有良好力学性能，大大减少高分子生物材料的需要量及酸性降解产物；(3)本发明支架适合于骨、肌腱、软骨、皮肤等组织的大块缺损修复和组织工程。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种用于人体组织引导再生的由双层生物材料构成的膜状组织工程支架及其应用。
(二)背景技术
人体各种组织的损伤极为普遍，特别像骨、软骨缺损以及肌腱、韧带等结缔组织损伤越来越多(占运动损伤的50％)，而皮肤损伤更是不计其数。有数据表明，在2001年，欧洲的骨移植手术有408000例，而单美国就有605000例。目前，全球65岁以上的人口每年以2-3％的速度增长。以及由于人们物质生活水平的提高、生活方式的改变以及医学水平的提高这些都导致了对骨移植、骨修复手术的更多需求和更广泛的应用。在我国，据不完全统计，全国每年因各类交通事故、骨科疾病等因素，造成骨缺损或骨损伤的患者有300万人，骨骼不健全的人数有上千万，据估计全国每年个体匹配骨骼的市场总额至少在五千万元以上。
目前临床运动器官的损伤以及皮肤等组织缺损主要靠自体/异体组织来修复加强，或者靠不可降解的生物材料来修复。但是这些治疗方法都有其固有的缺陷。如移植自体组织需要牺牲供区的功能，且供应十分有限；异体组织来源困难且可能存在免疫和病理上的问题；不可降解的材料会带来机体排异和远期效果不好。
目前临床方法的缺点促使组织修复的研究转向可降解生物材料和组织工程方法，其应用前景广阔。组织引导再生膜是目前临床应用较成功的组织再生技术。其基本原理是：利用膜技术将组织缺损区与周围组织隔离，阻挡周边纤维细胞/组织的侵入，为缺损内的组织生长创造一定的有利环境。其具有制作简单、组织适用性强、临床操作简便等独有特点。目前此类膜在骨科学，牙科学、MACI、神经、血管再生方面皆有广泛深入研究。目前已有胶原膜材料(如BioGide)、透明质酸(如HYAFF 11)用于临床，但其力学性能不佳，降解时间太快；可高分子膜材料细胞吸附不强，有酸性代谢产物引起机体不良反应。寻找一种力学性能和生物学性能良好的材料，避免各自劣势，提供一种同时具备有良好阻挡屏障和足够相通的细胞组织容纳空间的膜支架，成为本发明的出发点。
(三)发明内容
本发明既是为了提供一种同时具备有良好阻挡屏障和足够相通的细胞组织容纳空间的膜状组织工程支架。
为达到发明目的本发明采用的技术方案是：
一种膜状组织工程支架，主要由孔径为20～1000nm的生物材料纤维构成的小孔层与孔径为50～1000μm的生物材料海绵或大纤维构成的大孔层复合而成，所述的小孔层与大孔层相连通。
所述大孔层与小孔层组成的双层材料中还可复合活性因子，以充分促进组织再生(1ng/cm3～1mg/cm3)。所述活性因子可为下列之一：①TGF-β、②PRP、③BMP、④VEGF、⑤PDGF。
所述小孔层孔径优选为20～1000nm。
所述大孔层孔径优选为50～500μm。
优选的，所述大孔层的生物材料海绵或大纤维为下列之一：①PLLA，②PGA，③PCL，④PLGA，⑤PCL/PLLA，⑥胶原，⑦壳聚糖，⑧透明质酸，⑨硫酸软骨素。
优选的，所述小孔层的生物材料纤维为下列之一：①PLLA，②PGA，③PCL，④PLGA，⑤PCL/PLLA，⑥胶原，⑦丝素蛋白、⑧壳聚糖、⑨透明质酸。
最为优选的，所述大孔层生物材料海绵为胶原，小孔层生物材料纤维为PLLA。
制备方法：
先配制低质量浓度(w/v＝8％～12％)的PLLA溶液，溶剂为氯仿/乙醇(体积比3∶1)。通过电纺技术，制备微米纤维支架。在所得的纤维支架上浇注浓度为10mg/ml的胶原溶液，-70℃冷冻。再将双层材料冻干24小时制成复合材料。最后对复合材料进行真空热交联，交联方法如下：先真空预处理24小时，其间每6小时升温20℃直至110℃，再110℃真空热交联2到4天。最终得到PLLA为基膜，胶原海绵为引导膜的复合支架。
所述的膜状组织工程支架可应用于生物体内组织修补或加强。如体内植入进行骨、软骨、肌腱、皮肤等各种组织修补或加强。所述的膜状组织工程支架也可应用于生物体外组织构建。如体外接种各种间充质干细胞、纤维细胞或纤维母细胞，构建组织工程骨，软骨、肌腱及皮肤等组织补片。
本发明是在以前研究的基础上进一步提高，利用孔径均一、降解缓慢和力学性能良好的高分子生物材料纳米纤维膜作为支架的保护阻隔层，利用生物性能好的大孔径生物材料海绵作为组织再生层。纤维膜的良好小空隙结构保证局部组织再生和营养物质充分交换，而大孔径的胶原具有足够相通的细胞组织容纳空间，引导组织再生，同时减少PLLA的用量和酸性降解产物。
此发明将促进膜引导性组织工程技术走向临床化和产业化。
本发明的有益效果主要体现在：(1)本发明支架的纳米/此微米纤维膜组成20～1000nm的纳米级小孔层可阻挡缺损周边纤维细胞侵入；支架的50～1000微米大孔层提供一个缺损内部细胞组织的长入支架；(2)本发明支架的纳米/次微米纤维膜具有良好力学性能，大大减少高分子生物材料的需要量及酸性降解产物；(3)本发明支架适合于骨、肌腱、软骨、皮肤等组织的大块缺损修复和组织工程。
(四)附图说明
图1为PLLA纤维电镜照片；
图2为界面电镜照片；
图3为胶原电镜照片；
图4为双层膜大体照片。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：
先配制低质量浓度(w/v＝10％)的PLLA溶液，溶剂为氯仿/乙醇(v/v＝3∶1)。通过电纺技术，制备微米纤维(见图1)(参数：流量＝0.5ml/h到2ml/h的范围，电压＝14KV～18.7KV)，用微米纤维制成纤维支架。将骨髓间质干种植于纤维支架上，培养7天后电镜观察，见细胞能在支架良好生长。
实施例2：
将实施例1中所得的纤维支架上浇注浓度为10mg/ml的胶原溶液，-70℃冷冻12小时。双层材料冻干24小时成复合材料。最后对复合材料进行真空热交联：先真空预处理24小时，其间每6小时升温20℃直至110℃，再110℃真空热交联2到4天。可得到PLLA为基膜，胶原海绵为引导膜的既具有良好力学又有足够细胞附着面的复合支架(见图2～4)。(所得PLLA层孔径为200～900nm，胶原层孔径为20～500μm。)
实施例3：
将实施例1所得的支架植入白兔体内用于修复胫骨缺损。3、6周后可发现组织均匀长入缺损部位，形成了功能性骨组织。
实施例4：
将实施例1所得的支架植入白兔用于修复胫骨缺损，3、6周后组织长入良好，没有明显的炎性反应。
Claims (8)
1.一种膜状组织工程支架，主要由孔径为20～1000nm的生物材料纤维构成的小孔层与孔径为50～1000μm的生物材料海绵或大纤维构成的大孔层复合而成，所述的小孔层与大孔层相连通。
2.如权利要求1所述的膜状组织工程支架，其特征在于所述大孔层与小孔层组成的双层材料中还复合有1ng/cm3～1mg/cm3的活性因子。
3.如权利要求2所述的膜状组织工程支架，其特征在于所述活性因子为下列之一：①TGF-β、②PRP、③BMP、④VEGF、⑤PDGF。
4.如权利要求3所述的膜状组织工程支架，其特征在于所述小孔层孔径为20～1000nm。
5.如权利要求3所述的膜状组织工程支架，其特征在于所述大孔层孔径为50～500μm。
6.如权利要求1～5之一所述的膜状组织工程支架，其特征在于所述大孔层的生物材料海绵或大纤维为下列之一：①PLLA，②PGA，③PCL，④PLGA，⑤胶原，⑥壳聚糖，⑦透明质酸，⑧硫酸软骨素。
7.如权利要求1～5之一所述的膜状组织工程支架，其特征在于所述小孔层的生物材料纤维为下列之一：①PLLA，②PGA，③PCL，④PLGA，⑤胶原，⑥丝素蛋白、⑦壳聚糖、⑧透明质酸。
8.如权利要求1所述的膜状组织工程支架在生物体外组织构建中的应用。
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