嵌入式分級釋藥三維支架及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種嵌入式分級釋藥三維支架及其制備方法。使用孔隙率低的支架外層形坯包裹孔隙率高的支架內層形坯，形成嵌入式雙層結構的支架，支架內、外層載入的藥物種類不同，在同一支架中實現藥物種類的梯度分布和支架微觀結構的梯度分布，得到嵌入式兩級釋藥仿生支架。本發明專利技術多級釋藥支架制備過程分三個階段：（1）載藥支架內層形坯的冷凍成形；（2）制備載藥支架外層包裹形坯的冷凍成形；（3）低溫真空干燥嵌入式支架。本發明專利技術制得嵌入式多層支架，每層支架使用的復合漿料中磷酸鈣的含量和藥物類型分別不同，支架的降解速率與固相的固含量有關，漿料的固含量不同，所制得的支架的降解速率不同，藥物的釋放速率受支架降解的影響。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及組織工程領域一種三維人工骨支架及其制備方法，特別涉及一種嵌入式分級釋藥可降解三維支架及其制備方法。
技術介紹
骨的缺損修復，特別是大段骨修復一直以來就是臨床醫學的棘手問題和組織工程領域的研究熱點。目前，體內移植是常用的骨修復方法，主要有自體骨移植，但材料有限， 來源受限；同種異體骨移植，不僅材料來源有限且有高感染的風險。因此，人工骨支架引起了組織工程領域相關研究人員的廣泛關注，并開始設計、制備和應用人工骨作為組織培養的三維支撐用于組織修復。為避免二次手術，一般選擇生物相容性好的可生物降解材料制備支架。常見的可降解材料有兩大類有機可生物降解材料，如聚乳酸PLA、乳酸-羥基乙酸PLGA等；無機可生物降解材料，如羥基磷灰石、磷酸鈣等。其中，有機可生物降解材料與機體的接觸面相容性差，植入材料的水解產物呈酸性，易引起局部炎癥反應，抑制組織新生。無機可生物降解材料的親水性好，其水解產物易溶于體液，不會引起炎癥反應。因此，實驗室常選用無機可生物降解材料制備三維支架。磷酸鈣是種常見的無機可生物降解材料，化學組分與骨的無機鹽的主要成分一致，生物相容性和骨傳導性好，材料表面的親水性比有機可生物降解材料好，有利于細胞的粘附并刺激細胞的增殖。磷酸鈣的水解產物是易溶于體液的磷酸根離子和鈣離子，不會引起炎癥反應。骨修復重建開始于支架植入后的干細胞募集和增殖；接著，干細胞在體內生物信號因子的刺激下分化為成骨和造血細胞；大量骨細胞的沉積，造血細胞侵入三維支架內部形成毛細管。其中，血管侵入三維支架是骨修復成功的標志。骨組織再生過程中，需要生物信號因子刺激細胞增殖，誘導細胞分化。通常，機體缺損部位的生物信號因子在體液中的濃度過低，不能滿足重建過程的對藥物濃度的要求。因此，需施用體外藥物因子，輔助治療。常見的口服施藥、靜脈注射施藥需大劑量的藥物才能滿足修復所需，藥物隨體液和血液的循環到達體內其他組織器官，大量使用這類藥物通常會產生毒副作用。因此，常見的施藥方法藥物有效利用利率低，費用高且有毒副作用。藥物釋放載體是以靶向施藥為目的，最大化藥物的生物利用率，優化藥物的療效，降低藥物對生物體的毒副作用。早在十九世紀五六十年代，就有研究人員將藥物釋放應用于骨缺損修復重建，通過靶向施藥獲得有效的藥物濃度以維持正常組織修復對藥物劑量的要求，減少藥物浪費并降低生物體的毒副作用。三維支架中常見的載藥方式有(1)均勻混合型基底材料與藥物均勻混合后成形支架。(2)滴加吸附型將均勻混合藥物的溶劑，以滴加吸附的方式載入支架，藥物幾種分布在支架表面。(3)浸泡型將支架浸泡在均勻混合藥物的溶劑中，使藥物隨著溶劑滲透進支架內部，等。均勻混合型載藥，支架載藥種類單一，藥物分布不均勻且無法實現藥物的梯度載入和分布。浸泡型或滴加吸附型載藥，支架植入初期的藥物突釋現象會損失大量藥物，剩余藥物劑量不能維持后續修復的正常進行。骨缺損修復的常用藥物多屬多肽蛋白類和氨族化合物，在酸堿、高溫和強光環境中易分解，需在低溫避光的環境中存儲和操作。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對已有技術存在的缺陷，提供一種。該分級釋藥三維支架為細胞的粘附、增殖和分化提供場所，最重要是靶向分級釋放藥物。通過控制支架的降解和支架的載藥量，使藥物隨支架的降解而擴散、溶解和釋放，為骨修復各個階段提供有效的藥物濃度，提高藥物的有效利用率，降低藥物對生物體的毒副作用。為達到上述目的，本專利技術的構思是設計一種嵌入式分級釋藥三維支架結構，并使用低溫干燥法成形了嵌入式支架將混藥磷酸鈣漿料注入模型中，依次、分步驟低溫干燥成形嵌入式的載藥支架。其中，成形各層支架時注入的漿料濃度不同，制得了濃度梯度的支架；各層支架的漿料中均勻混合藥物，形成藥物的梯度分布。本專利技術包括兩個部分嵌入式分級釋藥可降解三維支架結構的設計和支架的制備。支架結構設計的構思方法為使用固含量高的漿料包裹低固含量漿料冷凍成形的支架內層，二次低溫干燥，形成嵌入式雙層結構的支架。支架結構分布如附圖1所示，內層漿料的固含量低于外層漿料的固含量，因此冷凍干燥后支架內層的孔隙率高于支架外層的孔隙率，均勻載入支架內層的藥物劑量比外層藥物劑量高，實現單一體系中支架微觀結構和藥物濃度在徑向梯度分布，得到嵌入式兩級載藥三維支架。本專利技術的嵌入式分級釋藥仿生支架結構易擴展為多級嵌入式載藥支架，如附圖2所示的三級嵌入式支架結構分布圖。本專利技術中使用的模具(附圖3 小尺寸輪廓負型和附圖4 大尺寸輪廓負型)，應用該嵌入式思想得到支架的物理模型(附圖5)小尺寸負型的弧壁輪廓嵌入大尺寸輪廓負型中，兩種負型分別成形的支架是直徑高度不同的一大一下兩個圓柱體。制備支架的磷酸鈣漿料的實驗室配制方法首先，研磨機研磨磷酸鈣；接著，研磨的材料過篩獲得磷酸鈣粉末；最后，將粉末與蒸餾水均勻混合制得磷酸鈣漿料。本專利技術中內層支架漿料中的磷酸鈣含量是10%士0. 5%，余量為蒸餾水；外層支架漿料的磷酸鈣含量是 20%士0. 5%，余量為蒸餾水。支架制備前，將藥物分別均勻混入漿料中，即得到混藥的磷酸鈣基漿料。支架的制備分三個階段第一階段，成形嵌入式分級釋藥三維支架的內層均勻載藥形坯。首先，將藥物Dl均勻混入磷酸鈣含量10%士0. 5%的漿料中，將混藥漿料注入小尺寸負型；接著，在-10°C 士0.5°C環境中預冷凍1 士0. 后除模，得到均勻載入藥物Dl的支架內層形坯(附圖6)。第二階段，成形嵌入式分級釋藥三維支架的外層包裹形坯。首先，將第一階段中的內層載藥支架形坯放入大尺寸負型中(附圖7);接著將均勻混合藥物D2的漿料注入負型中，藥物D2與藥物Dl的種類不同，漿料中磷酸鈣含量是 20%士0. 5% ；-IO0C 士0. 5°C真空環境中除泡，接著在_20°C 士0. 5°C環境中預冷凍12h士0. 5h 后去除模，得到均勻載有藥物Dl和藥物D2的嵌入式釋藥三維支架形坯。第三階段，將嵌入式兩級釋藥三維支架形坯放入_30°C 士0. 5°C真空環境中，徹底干燥3 士0. 5h，得到嵌入式兩級釋藥可生物降解的磷酸鈣基三維支架(圖8)。藥物的擴散、溶解和釋放受支架降解速率，內部微觀形貌和載藥濃度等因素影響。支架內部微觀結構主要受基底漿料固含量和預冷凍溫度兩方面的影響，高固含量漿料成形的支架孔隙率低于低固含量漿料成形的支架。高預凍溫度冷凍成形的支架，其內部孔徑大于低預凍溫度冷凍成形支架內部孔徑。支架的降解速率與基底漿料固含量有關，不同固含量漿料成形的支架其降解速率不同。因此，本專利技術中制備的嵌入式分級結構釋藥三維支架 通過控制支架制備的工藝參數，基底漿料固含量和支架層與層之間藥物的載入量，控制三維載藥支架分級釋放藥物。根據上述構思，本專利技術的技術方案如下一種嵌入式分級釋藥三維支架，由內層形坯(1)和外層的包裹形坯(2)構成，其特征在于1)、內層形坯(1)為均勻混入藥物Dl的磷酸鈣形坯，該形坯制備用的漿料磷酸鈣的含量是10%士0. 5%，藥物Dl的含量為0. 0017，余量為蒸餾水；2)、外層包裹形坯(2)為均勻混入藥物D2的磷酸鈣形坯，其中藥物D2是與藥物Dl 不同種類的藥物，該形坯制備用的漿料是磷酸鈣的含量是20%士0. 5%，藥物D2的含量為 0. 0085，余量為蒸餾水；3)、所述藥物含量=藥物質量mg/生物本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：林柳蘭，周麗萍，王志坤，胡慶夕，方明倫，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：