一种复合多孔质海绵材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用高分子复合材料引导人体器官的再生，比如修复关节软骨的再生、骨的再生，具体为复合多孔质海绵材料及其制备方法，旨在多孔质海绵材料中培养患者自己的细胞，体外培养一段时间之后，移植入生物体。
【背景技术】
[0002]因交通事故，体育运动，生产劳动，年龄变大，疾病等原因，生物体常受损伤而不幸丧失软骨和骨等组织，在医院骨科也常见关节软骨损伤，因为软骨组织内无血管，软骨细胞在无血运环境中缺乏迀徙能力。软骨损伤后很难再生，在矫形外科领域，如何修复或治疗因疾病、创伤等引起的创伤性和退行性软骨组织损失，在全世界都是难题，软骨创伤不立即给予治疗，创伤必将越来越大，最后不得不进行人工关节置换，但关节置换创伤大，对患者特别是老年患者负担重，而且感染风险高、且多年后面临翻修和重新置换等问题，普遍认为早期修复关节软骨损伤非常必要。传统治疗软骨损伤，有使用药物刺激促进软骨再生，也有手术如关节磨削成形术、钻孔、微骨折及关节镜灌洗术，使骨髓中软骨源性、骨源性细胞及细胞因子渗透到软骨损伤区域，促进向软骨细胞分化，产生纤维软骨。这种手术操作简单，对小面积软骨损伤在某种意义上较满意，被广泛应用。
[0003]但研究表明，实际上这些方法均不能将损坏软骨修复，而且软骨磨蚀、骨髓刺激等愈合形成的纤维软骨组织与透明软骨不同.目前关节软骨缺损的修复仍缺乏理想有效方法。用捐献的组织移植也是一种方法，但我国存在捐献严重不足，而且别人捐献的器官还有免疫应答排斥等种种问题。软骨疾病不能得到有效治疗的最终结果，导致关节置换，然而人造关节器官往往因磨损产生松缓破损等，导致功能不足，因此临床上关节病变患者的巨大需求，促使研究者不断探索新的可行的方法。
[0004]自体软骨移植术是目前应用较广的修复软骨损伤的技术之一，自体软骨组织移植疗效较好但供材有限；临床提取患者自体软骨细胞后，细胞吸附于生物相容性良好并可被人体逐渐吸收的载体中，该载体提供三维空间，有利细胞获得营养，气体交换、排泄废物，细胞按三维支架生长。临床上MACI (Matrix-1nduced autologous chondrocyteimplantat1n)技术较成熟。将采集的软骨细胞种植在生物膜上，再用纤维胶固定移植到缺损处。优点在于，细胞得到固定，不会术后细胞流失。胶原膜为载体，不需切取骨膜，避免骨膜移植的各种并发症。用生物相容性更好的纤维胶替代缝线封闭不需缝合、手术切口小，手术时间短，术后康复快。使用动物来源的软骨(如猪，牛)，首先把软骨组织去细胞化，然后播种患者自体细胞，体外培养后，临床移植患者，这种疗法也取得了一定效果，但异体移植存在免疫排斥且病毒感染等风险。间充质干细胞SMSCs (synovial mesenchymal stemcells)传代繁殖力强，连续多次传代仍可保持良好增殖分化特性，与基质材料复合植入体内后可形成透明样软骨并在软骨下区形成骨组织，而达到整合。目前这些方法仅处于动物实验阶段，还没正式用于临床，因为间充质干细胞SMSCs的分化控制比较难，分化效率比较低，而且从患者体内取干细胞，对患者也是一种负担。目前用3D打印装置打印方形孔蜂巢状微结构的聚己内酯-羟基磷灰石3D支架，与骨髓血结合在体外培养，诱导干细胞向软骨细胞分化，也将有可能用于修复软骨缺损。但是这技术离应用还有相当距离，还是一种概念性范畴。
[0005]上世纪90年代以来，组织工程兴起，开始制作人工人体器官一生物体外(实验室)培养生物体(软骨)细胞，使他们增殖，首先制作细胞亲和性支架材料，然后把生物细胞播种在材料上，组织(细胞)粘付在亲和性材料上，在适当的培养溶液下，体外培养一段时间，形成生物组织后，手术移植到生物体内。也可以播种生物细胞(如干细胞)到材料后，不体外培养，直接埋入生物内，在生物内诱导生物组织(如软骨或骨)再生。长期培养后埋入体内或直接埋入体内，这要求材料具有一定强度以便能方便移植，或者移植后也不会轻易变形，从而维持生物组织的形态，这对制作的材料被诱导促进形成生物组织非常重要。因此组织工程要求材料具生物亲合性，具有适当强度等，而且材料不给生物体带来不利影响，生体组织形成的同时，也要求材料被分解吸收。
[0006]组织工程研制软骨代用品很有前途，目前欧美日本的组织工程化软骨在临床医用上，使用的成熟技术是用胶原蛋白胶体包埋自体软骨细胞，移植入病损，细胞在支架吸收时增殖，同时分泌基质，形成新原位组织形态和功能的软骨组织，目前在该领域临床中，我国天津引进英德的软骨再生系统(Cartilage Regenerat1n System, CaReS)是如今国际比较先端的成熟技术。2009年获药监局临床试验许可，在国内三甲医院开展应用，疗效被病例证实，适应治疗缺损面积2.5-lOcm2。但缺点是胶原蛋白胶体没有弹性，强度不够，容易收缩。因此全世界现在很多机构在研究再生医疗工学手法，研究如何制作优良的再生材料，比如在各种多孔质海绵材料中培养患者自己的细胞，然后再生移植。
[0007]如今制作多孔质海绵材料多利用多乳酸Poly lactic acid(PLA包括F1DLA orPLLA)，聚乙醇酸 Poly glycol acid (PGA)，乳酸 lactic acid 和乙醇酸 glycol acid 的共聚体(PLGA)、Poly( ε - caprolactone)聚己内酯(PCL)等，它们和胶原蛋白，透明质酸，蛋白多糖，氨基葡萄糖，硫酸软骨素等生物吸收性天然高分子材料配合制作成为复合材料。PLA(PDLA or PLLA)和PGA，PLGA, PCL等都是生物吸收性合成高分子，加水能分解，容易被吸收，已经多年临床应用，证明了它们的安全性和有效性，根据不同情况，这些材料的分解物将通过体内代谢路径被吸收，因此控制这些高分子材料的结构形状厚度就能控制合成高分子的吸收分解速度，这些合成高分子材料具有强度高，而且加工性能好等优点，不过，制作的多孔质海绵材料气孔率较低，亲和性也不如胶原蛋白等生物体天然来源物质。另一方面胶原蛋白，透明质酸，蛋白多糖，氨基葡萄糖，硫酸软骨素等生物吸收性天然高分子亲和性好，而且容易制造出高气孔率的多孔质海绵材料，不过加工性能相对差，强度很弱，很难制作得到我们希望的形态，而且在培养中或体内移植后，压迫之下容易变形。
[0008]我们鉴于以上不同经验进行精心琢磨，克服了以上不同材料的缺点，制作了一种新的复合材料。
【发明内容】
[0009]为解决以上的问题，本发明提供一种一定形状的多孔质海绵材料，它具有充分的高气孔率，能为细胞培养提供充分空间，同时具有一定的强度和亲和性，制作后种植细胞培养后，进行生物体移植，填补生物体(软骨)缺失，进行(软骨)再生。
[0010]本发明复合多孔质体海绵结构材料，由合成高分子多孔质体组成外围骨架，内部交联填充比该外围气孔率大的天然高分子多孔质体，作为特征。
[0011]本发明，制造一定形状的复合多孔质海绵材料，由生物吸收性合成高分子和天然高分子混练形成，合成高分子多孔质海绵材料是外围骨架，支撑整个支架的形状和结构，能承受一定压力，内部中空交联填充比这气孔率大的天然高分子多孔质海绵材料，作为特征。
[0012]本发明的复合多孔质海绵材料内部有充分气孔空间，由天然来源的生物体高分子构成，可大密度播种培养细胞，比如软骨细胞，复合材料外围骨架能承受生物埋设时的压力从而保持结构形状，能调整气孔比例和选择材料，混练制作合成高分子多孔质海绵材料，决定适合的外围强度和形状，从而适合不同的使用对象。
[0013]具体而言，用加工性能良好的生物吸收性合成高分子制作外廓骨架，中央部具有空洞，力学强度和气孔率都比较高，可通过选择材料，调整厚度及气孔率来调节材料强度，生物吸收性天然高分子的多孔质结构体填充在大空洞内，交联进一步加强这种结构，从而形成高强度和大气孔率的复合多孔质海绵材料的制造方法。外廓骨架的大强度使这个复合材料能持久性保持一定力学强度，也可在中空部分设置合成高分子材料的支柱或顶部结构进一步提尚力学强度。
[0014]该生物吸收性合成高分