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1、(10)授权公告号 CN 101954118 B (45)授权公告日 2013.03.13 CN 101954118 B *CN101954118B* (21)申请号 201010504838.6 (22)申请日 2010.10.13 A61L 27/14(2006.01) A61L 27/20(2006.01) A61L 27/12(2006.01) A61L 27/54(2006.01) A61L 27/24(2006.01) A61L 27/18(2006.01) A61F 2/28(2006.01) (73)专利权人 同济大学 地址 200092 上海市杨浦区四平路 1239 号 (7。
2、2)发明人 李兰 冯玥 任天斌 (74)专利代理机构 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人 张磊 CN 101693123 A,2010.04.14, CN 101716373 A,2010.06.02, CN 101554492 A,2009.10.14, WO 2006062518 A3,2006.08.03, (54) 发明名称 一种用于硬组织修复的含水凝胶 / 纳米羟基 磷灰石复合支架的制备方法 (57) 摘要 本发明属于生物医用材料科学领域， 具体涉 及一种用于促进硬组织修复的水凝胶 / 羟基磷灰 石复合支架的制备方法， 具体步骤有 ： 静电纺丝 法制备小血管 ； 利用热压 。
3、/ 盐析的方法制备以小 血管为预留通道内壁的可降解三维支架材料 ； 将 以环糊精和三嵌段聚合物以及纳米羟基磷灰石形 成的可注射超分子水凝胶注入预留通道中 ； 将所 得到的支架放入生长因子培养液中浸泡， 修饰。 本 发明制得的支架材料的组成、 性质、 形状更适合于 骨表面血管化形成， 新生细胞和养分可以通过预 留通道中的水凝胶进入支架内侧， 诱导骨生成， 从 而更好的完成骨缺损的修复 , 本发明的骨修复效 果相比于其他骨修复材料明显提高， 力学性能、 血 管化功能和骨修复功能都比普通的骨修复材料效 果明显。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 谢林 权利要求书 1 页 说明书 4 。
4、页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 6 页 1/1 页 2 1. 一种用于硬组织修复的水凝胶 / 羟基磷灰石复合支架的制备方法， 其特征在于具体 步骤如下 ： (1) 制备小血管 ： 配置血管原料溶液后， 进行静电纺丝， 静电纺丝参数为电压 16-18kv， 转速 500-600r/min， 高度 10-12cm， 制备直径为 0.5-2mm 的小血管， 切成小段， 备用 ； (2) 制备含有预留通道的可降解三维支架材料 ： 配置可降解聚合物溶液， 盐滤致孔， 加 入步骤 (1) 所得的小血管热压成型， 得到含有预。
5、留通道的可降解三维支架材料 ； (3) 将 1g 可降解水溶性聚合物 PEG2000 溶解在 10ml 水中， 将 0.1g- 环糊精和 0.005g 纳米羟基磷灰石溶解在 10ml 水中， 超声分散 15 分钟， 将两种溶液按 1:1 体积比混 合， 立即注入支架材料的预留通道中， 3 分钟后， 完全凝胶， 形成预留通道中含有超分子水凝 胶的可降解三维支架材料 ； (4) 含有生长因子的三维支架的制备 ： 将步骤 (3) 得到的含超分子水凝胶的可降解三 维支架材料浸没在含有生长因子的溶液中 5 分钟， 即得所需产物， 可植入骨缺损位置进行 骨修复。 权 利 要 求 书 CN 10195411。
6、8 B 2 1/4 页 3 一种用于硬组织修复的含水凝胶 / 纳米羟基磷灰石复合支 架的制备方法 技术领域 0001 本发明属于生物医用材料科学领域， 具体涉及一种用于硬组织修复的水凝胶 / 羟 基磷灰石复合支架的制备方法。 背景技术 0002 1993 年， Langer 和 Vacanti 提出， 组织工程的基本含义是应用工程学和生命科学 的基本原理和技术， 在体外构建具有生物功能的替代物， 用于修复组织缺损， 替代失去功能 或衰竭的组织、 器官的部分或全部功能。 骨组织工程支架材料则是一类研究开发修复和改 善损伤骨组织形态和功能的生物替代物的一门学科。 骨组织工程一方面作为种子细胞和生 。
7、长因子的载体将其运送到缺损部位， 另一方面还给新生骨提供制成的作用， 好的骨支架必 须在力学性能、 诱导再生性能、 安全性能等都有适当保证。 然而目前的骨组织支架性能还比 较欠缺， 离实际应用还有较大差距， 除了材料本身性能与人体骨性能差距较大外， 骨组织工 程血管化不足也是一个重要原因。 0003 体外构建的细胞 - 支架复合物植入人体后， 周边的细胞可依靠渗透作用植入组织 床获得营养和氧气， 但距支架边缘 200m 以上的细胞却存在营养供应不足， 必须得到血运 系统重建存活。 而且， 血液中的生长因子或促生长物质可刺激干细胞成熟分化， 促进组织形 成。在骨愈合过程中， 矿物质的沉积也需要充。
8、足的血运， 因此， 组织工程骨的血管化对缺损 骨修复具有非常重要的意义。 0004 目前， 促进组织工程血管化的方法主要有联合细胞培养、 生长因子应用、 纤维外科 血供重建。其中， 支架材料的三维多孔结构、 化学组成、 降解特性、 孔表面粗糙度、 表面修饰 等特性也在较大程度上影响细胞的迁入、 贴附和新生血管的走向、 数量、 密度。 0005 除此之外， 目前的骨支架材料具有不同规则、 各向同性的孔隙结构以及相对较低 的孔隙贯通性， 使新生骨组织往往在支架的外缘形成， 组织了细胞渗透到支架内部， 妨碍了 支架内部体液的相互交换， 最终导致支架内部长入组织的坏死。 0006 因为支架材料性能对于。
9、骨血管化形成意义重大， 并决定了骨组织工程修复的效 果， 所以需要一种新的支架制备方法。 发明内容 0007 本发明目的在于提供一种用于硬组织修复的水凝胶 / 羟基磷灰石复合支架的制 备方法。从选材和制备工艺上进行创新设计， 解决了材料性能不足、 血管化难形成、 组织难 以渗透到支架内部等缺点。 0008 本发明提出的一种用于硬组织修复的水凝胶 / 羟基磷灰石复合支架的制备方法， 具体步骤如下 ： 0009 (1) 制备小血管 ： 配置血管原料溶液后， 进行静电纺丝， 静电纺丝参数为电压 16-18kv， 转速500-600r/min， 高度10-12cm， 制备直径为0.5-2mm的小血管，。
10、 切成长度为2cm 说 明 书 CN 101954118 B 3 2/4 页 4 的小段 ； 0010 (2) 制备含有预留通道的可降解三维支架材料 ： 配置可降解聚合物溶液， 盐滤致 孔， 加入步骤 (1) 所得的小血管热压成型， 得到含有预留通道的可降解三维支架材料 ； 0011 (3) 含超分子水凝胶的可降解三维支架材料的制备 ： 先将 - 环糊精和纳米羟基 磷灰石组分混合， 超声15分钟， 与水溶性聚合物混合， 立即注入步骤(2)所得的支架材料的 预留通道中， 3 分钟后， 完全凝胶， 形成预留通道中含有超分子水凝胶的可降解三维支架材 料 ； 0012 其中， 纳米羟基磷灰石、 - 环。
11、糊精混合水溶液的质量分数为 5%-10%， 纳米羟基磷 灰石与-环糊精混合的质量比为1:25-50， 水溶性聚合物的质量浓度为5%-15%， 水溶性聚 合物与 - 环糊精和纳米羟基磷灰石混合溶液的体积比为 1:3 ； 0013 (4) 含有生长因子的三维支架的制备 ： 将步骤 (3) 得到的含超分子水凝胶的可降 解三维支架材料浸没在含有生长因子的溶液中 5 分钟， 即得所需产物， 可植入骨缺损位置 进行骨修复。 0014 本发明中， 步骤 (1) 所述的血管原料溶液为胶原、 聚乳酸 （PLA） 、 聚乙醇酸 （PGA） 或 聚己内酯 （PCL） 中的一至几种溶解在六氟异丙醇中制得， 其中质量比。
12、各为胶原 : 聚乳酸为 3:7， 胶原 : 聚乳酸 : 聚乙醇酸为 2:7:1， 聚乳酸 : 聚己内酯为 5:5。 0015 本发明中， 步骤 (2) 所述的可降解聚合物溶液为质量比为 3:7 或 5:5 或 1:9 的聚 乳酸 / 聚己内酯。 0016 本发明中， 步骤 (3) 所述的水溶性聚合物聚己内酯聚乳酸的六臂星型聚合物、 聚 乙二醇 - 聚己内酯 - 聚乙二醇三嵌段共聚物或聚乳酸聚羟基乙酸中的一种。 0017 与现有技术相比， 本发明的有益效果在于 ： 因为这种预留通道中植入含有纳米羟 基磷灰石水凝胶的三维多孔可降解支架材料使用时占有生长因子， 使得支架材料的组成、 性质、 形状更适。
13、合于骨表面血管化形成， 同时设计含有水凝胶的预留通道， 新生细胞和养分 可以通过预留通道中的水凝胶进入支架内侧， 从而更好的完成骨缺损的修复， 而且含有纳 米羟基磷灰石在水凝胶降解过程中释放， 可以更好的诱导骨生成， 本发明的骨修复效果相 比于其他骨修复材料明显提高。力学性能、 血管化功能和骨修复功能都比普通的骨修复材 料效果明显。 附图说明 0018 图1是被生长因子修饰的含小血管的超分子水凝胶支架示意图。 1是由-CD和聚 合物组成的超分子水凝胶， 2 是修饰在小血管和超分子水凝胶表面的用于促进组织修复的 生长因子， 3 是用于促进骨组织分化的羟基磷灰石， 4 是分散在超分子水凝胶中的小血。
14、管。 0019 图 2 是实施例 1 以小血管作为预留通道的复合支架环境扫描电镜图 ( 放大倍率 ： 100 倍 )。 0020 图 3 是实施例 1 以小血管作为预留通道的复合支架环境扫描电镜图 ( 放大倍率 ： 500 倍 )。 0021 图4是实施例2以小血管作为预留通道的三维支架材料的纵截面环境扫描电镜图 ( 放大倍率 ： 100 倍 )。 0022 图5是实施例2以小血管作为预留通道的三维支架材料的纵截面环境扫描电镜图 说 明 书 CN 101954118 B 4 3/4 页 5 ( 放大倍率 ： 200 倍 )。 0023 图 6 是以小血管作为预留通道的三维支架材料图片。 具体实。
15、施方式 0024 下面的实施例是对本发明的进一步说明， 而不是限制本发明的范围。 0025 实施例 1. 0026 第一步 ： 将浓度为 8% 胶原和 PLA 按质量比为 1:2 溶解在六氟异丙醇中， 待完全溶 解后， 静电纺丝， 纺丝参数为 ： 电压 18kv， 转速为 500r/min， 高度为 10cm， 制备直径为 0.5mm 的小血管， 切成长度为 2cm 的小段， 备用 ； 0027 第二步 ： 将 PLA 和 PCL 按 1:1 的质量比混合， 氯仿溶解后加入氯化钠， 放置 1h， 盐 滤致孔， 加入小血管热压成型， 得到含有预留通道的可降解三维支架材料 ； 0028 第三步 ：。
16、 将 1g 可降解水溶性聚合物 PEG2000 溶解在 10ml 水中， 将 0.1g- 环糊 精和 0.005g 纳米羟基磷灰石溶解在 10ml 水中， 超声分散 15 分钟， 将两种溶液按 1:1 体积 比混合， 立即注入支架材料的预留通道中， 3 分钟后， 完全凝胶， 形成预留通道中含有超分子 水凝胶的可降解三维支架材料。 0029 第四步 ： 将第三步得到的预留通道中注入超分子水凝胶的可降解三维支架材料浸 没在含有生长因子的溶液中 5 分钟， 即可植入骨缺损位置， 进行骨修复。 0030 图2、 图3分别是放大倍数为100和500的以小血管作为预留通道的复合支架的环 境扫描电镜图片。图。
17、片说明了小血管在热压过程中保持了较好的形态， 并且形成了畅通的 预留通道。 0031 实施例 2 0032 第一步 ： 将浓度为 8% 胶原和 PLA 按质量比为 1:3 溶解在六氟异丙醇中， 待完全溶 解后， 静电纺丝， 纺丝参数为 ： 电压 16kv， 转速为 600r/min， 高度为 12cm， 制备直径为 1.0mm 的小血管， 切成长度为 2cm 的小段， 备用 ； 0033 第二步 ： 将 PLA 和 PCL 按 1:1 的质量比混合， 氯仿溶解后加入氯化钠， 放置 1h， 盐 滤致孔， 加入小血管热压成型， 得到含有预留通道的可降解三维支架材料 ； 0034 第三步 ： 将 1。
18、g 可降解水溶性聚合物 PEG2000 溶解在 10ml 水中， 将 0.1g- 环糊 精和 0.005g 纳米羟基磷灰石溶解在 10ml 水中， 超声分散 15 分钟， 将两种溶液按 1:1 体积 比混合， 立即注入支架材料的预留通道中， 3 分钟后， 完全凝胶， 形成预留通道中含有超分子 水凝胶的可降解三维支架材料。 0035 第四步 ： 将第三步得到的预留通道中注入超分子水凝胶的可降解三维支架材料浸 没在含有生长因子的溶液中 5 分钟， 即可植入骨缺损位置， 进行骨修复。 0036 图4、 图5分别是放大倍数为100和200倍的以小血管作为预留通道的三维支架材 料的纵截面环境扫描电镜图，。
19、 说明了小血管在支架中的并未发生坍塌堵塞现象， 能够较好 的发挥预留通道的作用。 0037 实施例 3 0038 第一步 ： 将浓度为 8% 胶原和 PLA 按质量比为 1:2 溶解在六氟异丙醇中， 待完全溶 解后， 静电纺丝， 纺丝参数为 ： 电压 18kv， 转速为 500r/min， 高度为 10cm， 制备直径为 0.5mm 的小血管， 切成长度为 2cm 的小段， 备用 ； 说 明 书 CN 101954118 B 5 4/4 页 6 0039 第二步 ： 将 PLA 和 PCL 按 1:2 的质量比混合， 氯仿溶解后加入氯化钠， 放置 1h， 盐 滤致孔， 加入小血管热压成型， 得。
20、到含有预留通道的可降解三维支架材料 ； 0040 第三步 ： 将 1g可降解水溶性聚合物PEG-PCL-PEG溶解在10ml水中， 将0.1g-环 糊精和 0.005g 纳米羟基磷灰石溶解在 10ml 水中， 超声分散 15 分钟， 将两种溶液按 1:1 体 积比混合， 立即注入支架材料的预留通道中， 3 分钟后， 完全凝胶， 形成预留通道中含有超分 子水凝胶的可降解三维支架材料。 0041 第四步 ： 将第三步得到的预留通道中注入超分子水凝胶的可降解三维支架材料浸 没在含有生长因子的溶液中 5 分钟， 即可植入骨缺损位置， 进行骨修复。 0042 实施例 4 0043 第一步 ： 将浓度为 。
21、8%PCL、 PLA、 胶原按质量比为 1:1:1 溶解在六氟异丙醇中， 待完 全溶解后， 静电纺丝， 纺丝参数为 ： 电压 18kv， 转速为 500r/min， 高度为 10cm， 制备直径为 0.5mm 的小血管， 切成长度为 2cm 的小段， 备用 ； 0044 第二步 ： 将 PLA 和 PCL 按 1:1 的质量比混合， 氯仿溶解后加入氯化钠， 放置 1h， 盐 滤致孔， 加入小血管热压成型， 得到含有预留通道的可降解三维支架材料 ； 0045 第三步 ： 将 1g 可降解水溶性聚合物 PLGA 溶解在 10ml 水中， 将 0.1g- 环糊精和 0.005g 纳米羟基磷灰石溶解在。
22、 10ml 水中， 超声分散 20 分钟， 将两种溶液按 1:1 体积比混 合， 立即注入支架材料的预留通道中， 3 分钟后， 完全凝胶， 形成预留通道中含有超分子水凝 胶的可降解三维支架材料。 0046 第四步 ： 将第三步得到的预留通道中注入超分子水凝胶的可降解三维支架材料浸 没在含有生长因子的溶液中 10 分钟， 即可植入骨缺损位置， 进行骨修复。 说 明 书 CN 101954118 B 6 1/6 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 101954118 B 7 2/6 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 101954118 B 8 3/6 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 101954118 B 9 4/6 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 101954118 B 10 5/6 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 101954118 B 11 6/6 页 12 图 6 说 明 书 附 图 CN 101954118 B 12 。