一种介孔生物玻璃/聚癸二酸甘油酯复合支架及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料科学及医学领域，具体涉及一种医用骨修复材料复合支架，特别 是MBG (介孔生物玻璃）/PGS (聚癸二酸甘油酯）复合支架体系及其制备方法和应用，该复 合支架材料可作为骨组织工程支架材料和药物缓释载体等。
【背景技术】
[0002] 疾病、创伤、人口老龄化及自然灾害等均可导致人体骨组织损伤，临床上对骨修复 材料需求巨大。作为黄金法则的自体骨移植手术由于其来源受限和对患者二次手术痛苦使 其远远无法满足现状，异体骨移植手术也存在生物安全隐患问题，可能对患者留下终生免 疫排斥反应和带来未知疾病。因此，人工制备骨修复材料在临床上受到越来越多的关注。
[0003] 目前在治疗骨折、骨创伤领域，介孔生物玻璃体系被广泛用作骨组织修复材料，由 于其高的比表面积和孔体积使其表现出更佳的生物矿化、生物降解和药物/蛋白的控释能 力，从而在体内外具有很好的成骨性能（Science 2002, 295, 1014-1017)。但单一的介孔生 物玻璃多孔支架存在脆性大、机械强度差、稳定性不好等问题，这在一定程度上影响了其临 床的应用效果，尤其是在应力承载骨修复方面。
[0004] 聚癸二酸甘油酯（PGS)是一种具有良好的韧性、生物相容性和生物降解性的高 分子，具有促进血管化的作用，因此近几年被广泛应用于软组织工程（Nat Biotechnol 2002, 20 (6)，602-606)。目前其应用主要集中在对交联PGS材料高弹性的利用和研宄，然而 交联PGS的常规制备过程涉及的高温条件限制了其在预固载蛋白的支架体系中的应用。对 于非交联PGS的粘合性能、生物相容性和生物降解性能，目前尚无应用和研宄涉及，非交联 PGS本身或MBG和非交联PGS相结合在骨组织工程领域的应用仍是一片空白。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种可调控的MBG/PGS复合支架。
[0006] 本发明的第一方面，提供一种介孔生物玻璃/聚癸二酸甘油酯复合支架，以介孔 生物玻璃多孔支架为基体，所述聚癸二酸甘油酯复合在所述介孔生物玻璃多孔支架上。
[0007] 在另一优选例中，所述介孔生物玻璃多孔支架的孔隙率为50% -98%，较佳地为 60-95 %，更佳为 80-95 %，甚至，85-95 %。
[0008] 在另一优选例中，所述介孔生物玻璃多孔支架的平均孔径为200-500微米，较佳 为250-450微米，更佳为300-400微米。
[0009] 在另一优选例中所述聚癸二酸甘油酯占所述复合支架总重量的5%~30%，较佳 为 10-25%，更佳为 15-20%。
[0010] 在另一优选例中所述复合支架具有以下一个或多个特征：
[0011] (1)孔隙率为55%~98%，较佳地为60-95%，更佳为80-95%，甚至，85-95% ;
[0012] (2)平均孔径为100~500 μ m，较佳为200-450微米，更佳为300-400微米；
[0013] (3)平均孔壁厚度为90~150 μ m，较佳为100-120微米；
[0014] (4)复合在所述介孔生物玻璃多孔支架上的所述聚癸二酸甘油酯的厚度为5~ 50 μ m，较佳为10-45微米，更佳为15-40微米，甚至20-35微米。
[0015] 在另一优选例中所述复合支架抗压强度为2~15MPa，较佳为5-15MPa、10_12MPa 或 5-IOMPa。
[0016] 在另一优选例中所述聚癸二酸甘油酯为非交联聚癸二酸甘油酯，数均分子量为 10000~20000,分散性系数为L 2-2。
[0017] 本发明的第二方面，提供第一方面所述的复合支架的制备方法，包括以下步骤：
[0018] (a)将聚癸二酸甘油酯溶液涂覆在所述介孔生物玻璃多孔支架上；
[0019] (b)将步骤a)获得的支架冻干后得到所述复合支架。
[0020] 本发明的第三方面，提供一种组织工程骨，所述组织工程骨包含第一方面所述的 复合支架。
[0021] 本发明的第四方面，提供一种药物组合物，包含：
[0022] 第一方面所述的复合支架；和
[0023] 用于骨修复的药物或生物活性因子。
[0024] 本发明的第五方面，提供第一方面所述的复合支架的用途，所述用途选自下组：
[0025] (1)用作骨组织工程支架；
[0026] (2)用作药物、蛋白和/或生长因子的释放载体；
[0027] (3)用作细胞培养载体；
[0028] (4)用于制备骨修改材料。
[0029] 在另一优选例中，所述药物、蛋白和/或生长因子包括但不限于包括骨形态发生 蛋白（BMP)在内的各类生长因子、包括基质细胞衍生因子（SDF-I)在内的各类趋化因子、其 他生物蛋白以及各类小分子药物
[0030] 本发明的第六方面，提供第三方面所述的组织工程骨或第四方面所述药物组合 物，用于制备骨修复材料。
[0031] 本发明复合支架的力学强度、降解速率、药物缓释速率以及细胞行为等可通过介 孔生物玻璃基体孔壁厚度以及聚癸二酸甘油酯涂覆层的厚度进行调控。利用PGS涂覆层成 功解决了 MBG支架的脆性问题，复合支架的力学强度在小梁骨的承重范围内可调控；实现 了对降解速率和固载于MBG介孔内蛋白的缓释速率的调控，且温和的涂覆操作不影响固载 蛋白的活性；细胞实验表明PGS涂覆层能促进支架表面的细胞粘附和增殖，且不影响MBG的 成骨活性。
[0032] 本发明的MBG/PGS复合支架，克服单纯MBG多孔支架力学强度低、脆性大的难题的 同时，可根据临床实际需要定制与患处骨组织相近的力学强度、与新骨形成速度相匹配的 降解速率、符合治疗需要的药物缓释速率，从而提高材料的骨修复能力和新骨生长能力，实 现骨组织完全再生/修复。
[0033] 应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文（如实施例）中具 体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在 此不再一一累述。
【附图说明】
[0034] 图1为实施例1制备的MBG的广角XRD图谱（A)和小角XRD图谱（B)、氮气吸附脱 附曲线（C)和介孔孔径分布图（D)。
[0035] 图2为实施例2制备的MBG多孔支架的总体形貌图（A)、实施例2~5制备的不 同孔隙率的MBG支架连通大孔结构SEM图（B)和实施例1制备的MBG支架粉末的介孔结构 TEM 图（C)。
[0036] 图3为实施例7制备的纯化非交联PGS的傅里叶红外光谱图（A)、差示量热扫描 (B)和凝胶渗透色谱（C)图谱。
[0037] 图4为实施例20~23制备的孔隙率为90%的不同涂覆量的MBG/PGS复合支架的 SEM断面图。
[0038] 图5为实施例5和实施例20~23制备的孔隙率为90%的不同涂覆量的MBG/PGS 复合支架的表面EDS面扫描元素分布图和EDS元素图。
[0039] 图6为实施例2~5和实施例8~23制备的不同孔隙率、不同涂覆量的MBG/PGS 复合支架的力学强度、应力应变曲线和抗压测试前后的支架图。
[0040] 图7为实施例2~5制备的不同孔隙率MBG支架、以及实施例3和12~15制备 70 %孔隙率的不同涂覆量的MBG/PGS复合支架的降解曲线和浸泡培基后的pH变化曲线图。
[0041] 图8为实施例3和实施例12~15制备的70%孔隙率的不同涂覆量的MBG/PGS复 合支架的降解过程的SEM图。
[0042] 图9为实施例6和实施例24~27制备的90 %孔隙率的固载BSA蛋白的不同涂覆 量的MBG/PGS复合支架的蛋白缓释曲线及缓释蛋白的圆二色谱图。
[0043] 图10为实施例3和实施例12~15制备的孔隙率为70%的不同涂覆量的MBG/ PGS复合支架的MTT细胞毒性、细胞黏附和增值测试结果，以及激光共聚焦显微镜拍摄的细 胞在支架表面的黏附形貌图。
[0044] 图11为细胞在实施例3和实施例12~15制备的孔隙率为70%的不同涂覆量的 MBG/PGS复合支架表面培养的ALP活性和成骨相关基因表达情况。
【具体实施方式】
[0045] 本申请的发明人经过广泛而深入地研宄，首次研发出一种MBG/PGS复合支架，由 非交联PGS复合在MBG多孔支架上制成。本发明的MBG/PGS复合支架可通过调节制备工艺 参数来控制MBG基体孔壁厚度以及PGS涂覆层的厚度，从而调控支架的力学强度、降解速 率、药物缓释速率以及细胞行为。本发明利用PGS涂覆层成功解决了 MBG支架的脆性问题， 并使复合支架的力学强度在小梁骨的承重范围（2_12MPa)内可调控；实现了对降解速率和 固载于MBG介孔内蛋白的缓释速率的调控，且温和的涂覆操作不影响已固载蛋白的活性； 细胞实验表明PGS涂覆层能促进支架表面的细胞粘附和增殖，且不影响MBG的成骨活性。在 此基础上，完成了本发明。
[0046] MBG/PGS 复合支架
[0047] 本发明的MBG/PGS复合支架，包括介孔生物玻璃和聚癸二酸甘油酯。
[0048] 本发明的MBG/PGS复合支架中的聚癸二酸甘油酯的含量为5~30wt%，以所述复 合支架的总重量计。
[0049] 本发明的MBG/PGS复合支架的孔隙率在60%~98% (较佳为70-95% )范围内可 调节。
[0050] 本发明的MBG/PGS复合支架的平均大孔孔径在100~500 μ m(较佳为200-400微 米）、平均孔