一种用于软骨修复的可塑性填充支架及其制备方法与流程

本发明涉及软骨损伤修复材料，具体而言，本发明涉及一种用于软骨修复的可塑性填充支架及其制备方法。

背景技术：

1、关节软骨也叫透明软骨，是一种致密的结缔组织，关节软骨在吸收骨对关节面的冲击力、减少骨与骨之间的摩擦力等方面发挥着重要作用。然而，人们日常生活中的过度运动、老年化、过度肥胖等问题很容易导致软骨损伤问题。而由于关节软骨内没有血管、淋巴及神经系统，只有单一种类的细胞，即软骨细胞，软骨细胞本身的生长环境又比较受限，使得软骨受损后很难自我修复，即使较小的损伤也会发生进行性退变，进而发展成关节炎，给患者造成巨大的痛苦。因此，软骨损伤的治疗是当前亟待解决的问题。

2、对于关节软骨的修复早期多采用关节清创术来实现，而这一方法是关节镜下切除受损的关节软骨组织，去除磨损的碎片，以缓解患者因软骨缺损引起的疼痛，但在组织学上没有起到修复软骨的效果。随着组织工程学的发展，软骨损伤修复手段出现了自体软骨细胞移植、骨髓刺激术、软骨移植等。自体软骨细胞移植治疗是指在病人自体次要部位取出正常的软骨组织进行体外培养，繁殖得到足够数量的软骨细胞后，再移植到软骨缺损位置的方法，该方法培养的新的软骨细胞状态与天然的软骨状态类似，但需要二次手术且供区有限。骨髓刺激术治疗是指在骨头上钻孔，使软骨缺损处底部渗血，刺激纤维软骨形成，帮助软骨愈合的方法，而该方法在软骨损伤处新生成的软骨为纤维化软骨，难以达到透明软骨的力学性能。软骨移植则受限于自体供体不足，异体排异等问题。

3、基于上述问题，陆续出现一些可降解的软骨修复的支架材料，大多采用明胶、细菌纤维素、改性壳聚糖添加干细胞、生长因子等成分组成，其对软骨的修复起到一定的作用，但由于这些材料降解速度快，营养供应时间短，且软骨本身不能提供营养等问题，因此，其修复效果也不近人意；另一方面，软骨的缺损通常伴有软骨下骨的缺损，且缺损形状各异，现有的修复材料对软骨下骨修复慢、支撑强度不足，而且不能满足个性化的差异需求。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种用于软骨修复的可塑性填充支架及其制备方法，以改善软骨修复过程中的营养输送问题。

2、在本发明的第一方面，本发明提供一种用于软骨修复的可塑性填充支架其包括：

3、软骨下骨修复层，所述软骨下骨修复层具有可降解聚合物纤维堆叠而成的蜂窝状多孔结构；

4、软骨修复层，所述软骨修复层为冷冻干燥海绵，由凝胶溶液倒入软骨下骨修复层之上并且经冷冻干燥形成，所述凝胶溶液含有透明质酸和可降解高分子材料纳米短纤维；

5、其中，所述凝胶溶液部分填充至软骨下骨修复层的多孔结构的孔隙内，经冷冻干燥后保留于孔隙内，以使软骨修复层和软骨下骨修复层互连，并且在修复过程中形成有利于营养物质从软骨下骨修复层向软骨修复层输送的通道。

6、在本发明的一些实施方式中，软骨下骨修复层中的可降解聚合物包括聚己内酯-聚乳酸共聚物。

7、在本发明的一些实施方式中，所述软骨下骨修复层采用3d打印制备而成，3d打印的接收介质为羟基磷灰石的盐酸溶液，以使软骨下骨修复层形成经羟基磷灰石改性的粗糙表面。

8、在本发明的一些实施方式中，软骨下骨修复层的多孔结构的孔隙与软骨修复层中由冷冻干燥形成的孔隙互相贯通，所述软骨下骨修复层的孔径为50-100μm，所述软骨修复层的孔径为100-500μm。

9、在本发明的一些实施方式中，所述软骨下骨修复层的压缩弹性模量大于52mpa。

10、在本发明的一些实施方式中，所述可降解高分子材料纳米短纤维由动物胶原和聚己内酯的组合经静电纺丝工艺成膜后破碎而成。

11、在本发明的一些实施方式中，软骨修复层的吸水倍率为14-16，软骨下骨修复层的吸水倍率为5-6。

12、在本发明的一些实施方式中，所述软骨下骨修复层在背离软骨修复层的表面具有锥形结构。

13、在本发明的一些实施方式中，在所述聚己内酯-聚乳酸的共聚物中，聚己内酯与聚乳酸的摩尔比为45:55至70:30。

14、另一方面，本发明还提供了用于修复软骨损伤的填充支架的制备方法，该方法包括以下步骤：

15、形成软骨下骨修复层，其包括：采用3d打印制备聚己内酯/聚乳酸共聚物纤维逐层堆叠形成具有蜂窝状多孔结构的软骨下骨修复层；

16、形成软骨修复层，其包括：将所形成的软骨下骨修复层置于冷冻干燥模具中，向冷冻干燥模具中倒入含有透明质酸和可降解高分子材料纳米短纤维的凝胶溶液，在软骨下骨修复层之上形成凝胶层，并且使凝胶溶液部分充入软骨下骨修复层的多孔结构中，随后进行冷冻干燥得到所述的填充支架。

17、在本发明的一些实施方式中，3d打印的接收介质为羟基磷灰石的盐酸溶液，使软骨下骨修复层形成经羟基磷灰石改性的表面。

18、在本发明的一些实施方式中，在所述聚己内酯-聚乳酸的共聚物中，聚己内酯与聚乳酸的摩尔比为45:55至70:30。

19、在本发明的一些实施方式中，所述可降解高分子材料纳米短纤维由动物胶原和聚己内酯的组合经静电纺丝工艺成膜后破碎而成。

20、在本发明的一些实施方式中，所述透明质酸的重均分子量为80kd～220kd。

21、此外，本发明还提供了上述可塑性填充支架在修复软骨缺损方面的应用，该应用包括如下步骤：

22、a)将受损的软骨及软骨下层清除周围纤维化的组织；

23、b)将软骨修复支架根据受损组织的形状进行剪裁；

24、c)修剪完成后，将支架塞入受损组织。

25、本发明相对于现有技术具有如下有益效果：

26、在本发明的可塑性填充支架中，形成软骨修复层的凝胶溶液部分填充至软骨下骨修复层的多孔结构中，经冷冻干燥后凝胶溶液中所含的营养成分透明质酸和可降解高分子材料纳米短纤维保留于孔隙内，使软骨修复层和软骨下骨修复层互连，软骨修复层部分融合于软骨下骨修复支架中，上下两层的孔隙互相连通。在软骨修复过程中，软骨修复层可从软骨下骨层不断吸取营养，实现更好的软骨组织修复营养物质的输送，从而降低软骨组织再生难度，当软骨下骨修复层采用3d打印并且其接收介质为羟基磷灰石的盐酸溶液时，软骨下骨修复层形成经羟基磷灰石改性的粗糙表面，表面经羟基磷灰石改性的软骨下骨修复层可促进软骨下骨的修复。

27、另一方面，在软骨修复过程中，本发明的软骨下骨修复层在向软骨修复层持续输送营养物质的同时还能提供足够的支撑强度，避免软骨修复层发生变形，并且，可通过软骨下骨修复层的材料设计调节降解速率，使其满足软骨修复过程中对于支撑和营养输送的需求,适用于不同年龄人群的软骨修复。当软骨下骨修复层的可降解聚合物选用聚己内酯-聚乳酸共聚物时，可通过调节聚己内酯和聚乳酸的比例控制其降解速率和支撑强度，进而控制营养物质的输送速度和对软骨修复层的支撑。

28、本发明的可塑性填充支架的形状具有很好的可塑性，可随意裁剪，配合关节腔镜手术使用灵活便利。

29、本发明的可塑性填充支架无需二次手术，其中的透明质酸成为软骨及软骨下骨修复中的营养成分，可降解材料随着软骨再生被降解。