一種用于軟骨替代修復的凝膠?生物陶瓷軟骨植入體及其制備方法和應用技術

本發明專利技術提供了一種用于軟骨替代修復的凝膠?生物陶瓷軟骨植入體，所述軟骨植入體包括含鈣磷的生物陶瓷支架與水凝膠，所述水凝膠的一面通過生物膠水與所述含鈣磷的生物陶瓷支架粘合在一起，其中，所述水凝膠的楊氏模量0.2～3MPa，含水量為60～80％；所述含鈣磷的生物陶瓷支架的楊氏模量為1～20GPa，所述支架上形成有多個孔洞，所述孔洞的孔徑為200～600μm。所述植入體的上層凝膠具有和軟骨相似的力學性能，下層支架與承力部位的力學性能相匹配，既能替代性進行軟骨替代修復的功能，又能在骨重建的過程中逐漸與軟骨下骨形成組織融合，用于承力部位的軟骨缺損的軟骨替代修復。本發明專利技術還提供了該軟骨植入體的制備方法及應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及生物醫用材料
，具體涉及一種用于軟骨替代修復的凝膠-生物陶瓷軟骨植入體及其制備方法和應用。
技術介紹
關節炎是全世界最常見的慢性疾病，主要包括骨關節炎和類風濕關節炎兩種，其中，以關節軟骨退化為特征的骨性關節炎嚴重影響著中老年人健康和活動能力，其主要是因為軟骨細胞、細胞外基質及軟骨下骨組織的分解和合成代謝失衡，導致關節軟骨進行性破壞、軟骨丟失，關節炎發生。目前，臨床上修復關節軟骨損傷的生物治療方法可以減少或推遲關節的晚期退變，改善關節軟骨損傷的癥狀，其主要包括自體骨移植和異體骨移植、刺激關節軟骨再生。目前各種技術都存在一定的局限性，例如，微骨折作為一種刺激關節軟骨再生的技術，適應癥為小的(<2cm2)單級Ⅲ、Ⅳ級軟骨缺損并且不伴有軟骨下骨缺損患者，但是在術后組織學觀察中顯示修復以Ⅰ型膠原為主的纖維軟骨組織，其生物力學強度較正常軟骨組織差。自體骨移植的應用存在供體來源有限、取材困難和大移植塊形合度不能滿足等缺陷；異體骨移植容易引起機體的免疫排斥反應，通過加工處理可降低異體骨的排斥反應，但其自身成骨誘導和骨生成作用已遭到一定破壞，存在新骨替代緩慢，生物力學性能較差等問題，進而影響治療效果。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供了一種移植修復軟骨的替代植入體，能夠克服自體骨移植來源有限和異體骨移植的免疫反應等問題。第一方面，本專利技術提供了一種用于軟骨替代修復的凝膠-生物陶瓷軟骨植入體，所述軟骨植入體包括含鈣磷的生物陶瓷支架，以及水凝膠，所述水凝膠的一面通過生物膠水與所述含鈣磷的生物陶瓷支架粘合在一起，其中，所述水凝膠的楊氏模量0.2～3MPa，含水量為60～80％；所述含鈣磷的生物陶瓷支架的楊氏模量為1～20GPa，所述含鈣磷的生物陶瓷支架上形成有多個孔洞，所述孔洞的孔徑為200～600μm。優選地，所述凝膠和所述含鈣磷的生物陶瓷支架的底面相同(形狀、大小)。即，兩者相粘合的部分相同，這樣可便于兩者更好地粘合在一起。優選地，所述水凝膠的形狀、所述含鈣磷的生物陶瓷支架的形狀為圓柱體、長方體、或正方體，但不限于此。只要兩者的底面一樣即可。所述植入體呈現圓柱體、長方體、或正方體。進一步優選地，所述水凝膠的形狀和所述含鈣磷的生物陶瓷支架的形狀均為圓柱體。優選地，所述水凝膠的厚度為0.1-5mm。水凝膠的厚度與軟骨厚度相當，當所述凝膠-生物陶瓷植入體植入人體時，可以充當關節軟骨損傷處的軟骨，減少對損傷處的軟骨下骨的磨損。進一步優選地，所述水凝膠的厚度為3-5mm。優選地，所述含鈣磷的生物陶瓷支架的高度為1-15mm。優選地，所述植入體為圓柱體，其直徑為1-10mm。進一步優選地，所述軟骨植入體的直徑為5-8mm。此時，構成所述軟骨植入體的水凝膠、含鈣磷的生物陶瓷支架的形狀為圓柱體。優選地，所述含鈣磷的生物陶瓷支架為三維多孔支架，其孔隙率為70-95％。在本專利技術一實施例中，所述含鈣磷的生物陶瓷支架上形成有多個孔洞，孔洞的連通率大于97％。在本專利技術一實施例中，所述含鈣磷的生物陶瓷支架上具有多個孔洞，所述孔洞的孔壁上形成有多個微孔，所述微孔的孔徑為5～100微米，孔深1～50微米。所述含鈣磷的生物陶瓷支架上存在貫通的、孔徑適宜的大孔洞，在將所述軟骨植入體植入人等實驗對象時，可以供骨髓干細胞、成骨細胞和血管內皮細胞在支架中進行遷移、粘附、生長等。另外，孔壁上又能分布著孔徑和孔深度適宜的大量微孔，能夠為骨組織細胞的生長提供一個最為有利的環境，形成新的具有與缺損骨組織相同組織器官而實現缺損骨組織的修復。優選地，所述含鈣磷的生物陶瓷支架為羥基磷灰石、磷酸八鈣、磷酸三鈣、磷酸鈣或雙相磷酸鈣，但不限于此。所述含鈣磷的生物陶瓷支架可以通過有機發泡和高溫燒結的方法來制備，也可以通過致孔劑法、3D Plotting打印技術等來制備，制備方法不限，只要所述支架具備1～20GPa的彈性模量，支架上具有孔徑為200～600μm的孔即可。進一步優選地，所述含鈣磷的生物陶瓷支架為羥基磷灰石。本申請中，所述水凝膠的種類及制備方法不限，只要所述水凝膠具有一定的力學強度(楊氏模量0.2～3MPa)、一定含水量(60～80％)即可，所述水凝膠具有一定的生物相容性，毒性較小或無毒。優選地，所述水凝膠是由丙烯晴、親水性單體、交聯劑、引發劑、極性有機溶劑構成的反應體系經交聯固化形成。優選是通過自由基聚合共聚而成。丙烯腈主要提供水凝膠中的剛性性能，使形成的所述水凝膠表現出較高的機械強度。進一步優選地，所述親水性單體包括甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿(MPC)、乙烯吡啶或乙酸乙烯酯。更優選為MPC，增加凝膠的保水性和生物相容性。進一步優選地，所述交聯劑為聚乙二醇二丙烯酸酯。進一步優選地，所述引發劑為紫外光引發劑。更優選為UV固化光引發劑1-[4-(2-羥乙氧基)-亞苯基]-2-羥基-2’，2’-二甲基乙酮(Irgacure2959)。進一步優選地，所述極性有機溶劑包括二甲基亞砜、二甲基甲酰胺或四氫呋喃。優選地，所述生物膠水包括α-氰基丙稀酸酯或血纖蛋白膠粘劑。也可以為其他醫用粘結劑。本專利技術提供的凝膠-生物陶瓷的軟骨植入體，為上下分層的結構，上層為高強度水凝膠，具有和軟骨相似的力學性能，能夠替代性地進行軟骨替代修復，行使軟骨的功能，防止炎癥和受力對軟骨及軟骨下骨的進一步損失，減緩軟骨退化的進程，延遲關節置換的年齡；下層為含鈣磷的生物陶瓷支架，可以對水凝膠有支撐作用，且與承力部位的力學性能相匹配，含鈣磷的生物陶瓷(例如羥基磷灰石)為骨的主要成分，在骨重建的過程中可嵌入軟骨下骨中，逐漸與軟骨下骨形成組織融合。所述軟骨植入體不能被降解，可應用于承力部位的軟骨缺損的軟骨替代修復，具有良好的應用前景。本專利技術提供的所述凝膠-生物陶瓷植入體，為一種移植修復軟骨的替代植入體，即不含細胞的人造假體移植，能夠克服臨床上軟骨替代修復技術中自體骨軟骨移植的供區來源有限和異體骨軟骨移植的免疫反應等問題。同時，本技術可適用于微創手術，減輕病人手術的痛苦。另外與組織工程技術(將人體細胞種植到具有生物相容性的支架材料，待體外培養的自體軟骨細胞在支架上增殖、分化到一定程度后，將其植入骨缺損部位)相比，本申請的所述植入體的制備更便捷。第二方面，本專利技術提供了一種用于軟骨替代修復的凝膠-生物陶瓷軟骨植入體的制備方法，包括以下步驟：(1)構建水凝膠，所述水凝膠的楊氏模量0.2～3MPa，含水量為60～80％；(2)構建含鈣磷的生物陶瓷支架，所述含鈣磷的生物陶瓷支架的彈性模量為1～20GPa，所述含鈣磷的生物陶瓷支架上形成有多個孔洞，所述孔洞的孔徑為200～600μm；(3)提供生物膠水，采用生物膠水將所述水凝膠的一面與所述含鈣磷的生物陶瓷支架粘合在一起，得到凝膠-生物陶瓷軟骨植入體。所述含鈣磷的生物陶瓷支架可以通過有機發泡和高溫燒結的方法來制備，也可以通過致孔劑法、3D Plotting打印技術等來制備，制備方法不限，只要所述支架具備1～20GPa的彈性模量，支架上具有孔徑為200～600μm的孔即可。進一步優選地，所述含鈣磷的生物陶瓷支架為羥基磷灰石。本申請中，所述水凝膠的種類及制備方法不限，只要所述水凝膠具有一定的力學強度(楊氏模量0.2～3MPa)、一定含水量(60～80％)即可，所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于軟骨替代修復的凝膠?生物陶瓷軟骨植入體，其特征在于，所述軟骨植入體包括含鈣磷的生物陶瓷支架，以及水凝膠，所述水凝膠的一面通過生物膠水與所述含鈣磷的生物陶瓷支架粘合在一起，其中，所述水凝膠的楊氏模量0.2～3MPa，含水量為60～80％；所述含鈣磷的生物陶瓷支架的楊氏模量為1～20GPa，所述含鈣磷的生物陶瓷支架上形成有多個孔洞，所述孔洞的孔徑為200～600μm。

【技術特征摘要】
1.一種用于軟骨替代修復的凝膠-生物陶瓷軟骨植入體，其特征在于，所述軟骨植入體包括含鈣磷的生物陶瓷支架，以及水凝膠，所述水凝膠的一面通過生物膠水與所述含鈣磷的生物陶瓷支架粘合在一起，其中，所述水凝膠的楊氏模量0.2～3MPa，含水量為60～80％；所述含鈣磷的生物陶瓷支架的楊氏模量為1～20GPa，所述含鈣磷的生物陶瓷支架上形成有多個孔洞，所述孔洞的孔徑為200～600μm。2.如權利要求1所述的軟骨植入體，其特征在于，所述水凝膠的形狀、所述含鈣磷的生物陶瓷支架的形狀為圓柱體、長方體、或正方體；所述凝膠和所述含鈣磷的生物陶瓷支架的底面相同。3.如權利要求1所述的軟骨植入體，其特征在于，所述水凝膠的厚度為0.1-5mm。4.如權利要求1所述的軟骨植入體，其特征在于，所述含鈣磷的生物陶瓷支架的高度為1-15mm。5.如權利要求1所述的軟骨植入體，其特征在于，所述軟骨植入體為圓柱體，其直徑為1-10mm。6.如權利要求1所述的軟骨植入...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙曉麗，呂維加，
申請(專利權)人：深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：廣東;44