一种顺序释放药物的再生骨支架及其制备方法和应用

本发明属于再生医学，具体涉及一种顺序释放药物的再生骨支架及其制备方法和应用。

背景技术：

1、创伤、感染、骨质疏松、肥胖、先天性骨缺损和肿瘤切除等因素容易引起大规模的骨缺损，这严重影响了患者的正常生活。众所周知，人体不能完全愈合大段骨缺损。与此同时，在骨损伤的过程中，往往伴随着创伤性周围血管损伤和损伤组织部位的感染，这就更加大了大块骨缺损的修复难度。所以，大块骨缺损的修复仍然是困扰临床的医学难题，人们对大块骨缺损的修复也有着极大的需求。

2、目前，临床上一般通过移植物的植入来对缺损的骨组织进行修复。常见骨缺损修复的传统治疗方法包括自体骨移植、异体骨移植、人工骨移植和人工骨置换，但这些方法存在供体来源不足、免疫排斥、二次伤害和生物相容性较差等问题。特别是在避免骨损伤部位产生感染的前提下，对创伤性周围血管损伤和缺损骨组织进行修复，其修复难度极大。近年来，骨组织工程技术的出现可能弥补了传统骨缺损修复方法的不足，该技术可以制备出具有良好生物相容性、生物可降解性、促进缺损骨组织血管生成和抗感染的骨支架，使得该技术成为了相关科研人员的研究热点。

3、骨组织是高度血管化的人体组织，自然骨发育和缺损再生是一个复杂且高度协调的过程。近年来，组织工程骨的血管化已成为修复大段缺损骨组织的一个关键因素，血管生成被认为是骨形成的前提条件。研究表明，血管生成与骨再生是一个高度耦合的过程，该过程包括新血管的早期形成和伴随的骨再生等，并且该过程需要提供足够的氧气和营养物质等。因此，制备一种可以模拟血管生成和成骨的时间耦合和自然骨愈合过程的再生骨支架，仍然是骨组织再生领域的一项重大挑战。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种顺序释放药物的再生骨支架及其制备方法和应用。利用本发明提供的制备方法得到的再生骨支架在对骨缺损进行修复的过程中能够很好地实现血管生成-成骨的耦合，模拟人体自然骨的缺损修复过程。

2、为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种顺序释放药物的再生骨支架的制备方法，包括以下步骤：

4、提供载有药物的介孔二氧化硅微球；所述药物包括地塞米松；

5、将甲基丙烯酸酐化明胶、海藻酸钠、光引发剂、羟基磷灰石、无机铜盐和所述载有药物的介孔二氧化硅微球混合，得到生物墨水；

6、以牺牲生物墨水材料的水溶液为芯层材料，以所述生物墨水为壳层材料，将牺牲生物墨水材料的水溶液和所述生物墨水进行同轴挤出打印和光交联，得到预交联再生骨支架；所述同轴挤出打印和光交联的温度独立地为3～5℃；

7、将所述预交联再生骨支架和钙盐溶液混合，进行再交联，得到初级再生骨支架；

8、将所述初级再生骨支架去除牺牲生物墨水材料，所得具有中空结构的骨支架依次进行冷冻和冷冻干燥，得到所述再生骨支架。

9、优选地，所述载有药物的介孔二氧化硅微球的制备方法包括以下步骤：

10、将介孔二氧化硅微球和药物溶液混合，所得悬浮液进行真空负载后，进行固液分离，得到载有药物的介孔二氧化硅微球。

11、优选地，所述药物和介孔二氧化硅微球的质量比为1：300～400。

12、优选地，所述真空负载的真空度为8～10kpa，温度为20～30℃，时间为4～8h。

13、优选地，所述介孔二氧化硅微球的直径为500～900nm，比表面积为300～600m2/g。

14、优选地，所述光引发剂包括苯基-2，4，6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2,2'-偶氮(2-甲基-n-(2-羟基乙基)丙酰胺)和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯的一种或多种。

15、优选地，所述光交联为紫外光交联，所述紫外光的波长为400～410nm，所述光交联的时间为2～4min。

16、优选地，所述钙盐溶液的浓度为8～12wt％，所述再交联的温度为3～5℃，时间为25～35min。

17、本发明还提供了所述的制备方法制备得到的再生骨支架，所述复合骨支架的纤维之间的孔径为400～600μm；孔隙率为70～90％。

18、本发明还提供了上述所述的再生骨支架在制备治疗骨缺损修复材料中的应用。

19、本发明提供了一种顺序释放药物的再生骨支架的制备方法，包括以下步骤：提供载有药物的介孔二氧化硅微球；所述药物包括地塞米松；将甲基丙烯酸酐化明胶、海藻酸钠、光引发剂、羟基磷灰石、无机铜盐和所述载有药物的介孔二氧化硅微球混合，得到生物墨水；以牺牲生物墨水材料的水溶液为芯层材料，以所述生物墨水为壳层材料，将牺牲生物墨水材料的水溶液和所述生物墨水进行同轴挤出打印和光交联，得到预交联再生骨支架；所述同轴挤出打印和光交联的温度独立地为3～5℃；将所述预交联再生骨支架和钙盐溶液混合，进行再交联，得到初级再生骨支架；将所述初级再生骨支架去除牺牲生物墨水材料，所得具有中空结构的骨支架依次进行冷冻和冷冻干燥，得到所述再生骨支架。

20、本发明提供的顺序释放药物的再生骨支架，所使用的材料均为无毒的，具有良好的生物降解性和生物相容性，便于人体骨组织缺损部位细胞的附着与增殖。再生骨支架中的cu2+可以促进血管生成和进骨组织的生长与矿化，具有一定的抗菌作用，且可与sa以cu2+-sa交联网络的形式存在。由于对cu2+和药物(地塞米松)采用了不同的负载形式，使得再生骨支架中的cu2+可以随着支架的降解而早期较快释放，并促进新生血管的生成；相比cu2+的释放，介孔二氧化硅微球(msns)特殊的介孔结构可使负载的药物进行长期的缓慢释放，促进后期成骨。cu2+和地塞米松的顺序释放也使得支架在对骨缺损进行修复的过程中更好地实现血管生成-成骨的耦合，模拟人体自然骨的缺损修复过程。目前再生骨支架中常见的顺序释放药物组合，即骨形态发生蛋白-2(bmp-2)和血管内皮生长因子(vegf)，具有成本高，半衰期短，和过量的副作用；相比而言，本发明中所采用的cu2+和dex则可以在较好地实现血管生成-成骨的耦合的同时，弥补bmp-2和vegf的不足。同时，本发明提供的再生骨支架采用了离子交联和光交联相结合的交联形式，再生骨支架中含有cu2+-sa、ca2+-sa和gelma-光引发剂等交联网络，相较单一交联网络而言，支架的力学性能可得到进一步的改善。同时，运用同轴3d打印技术、牺牲材料工艺和冷冻干燥技术相结合的复合工艺，制备得到具有中空通道和良好的宏微观孔径的骨支架，方便支架周围组织和细胞的物质交换，并且可以促进周围细胞的细胞迁移和伸展，可更加有利于促进对缺损骨组织的修复。

技术特征：

1.一种顺序释放药物的再生骨支架的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述载有药物的介孔二氧化硅微球的制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述药物和介孔二氧化硅微球的质量比为1：300～400。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空负载的真空度为8～10kpa，温度为20～30℃，时间为4～8h。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述介孔二氧化硅微球的直径为500～900nm，比表面积为300～600m2/g。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂包括苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2,2'-偶氮(2-甲基-n-(2-羟基乙基)丙酰胺)和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯的一种或多种。

7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述光交联为紫外光交联，所述紫外光的波长为400～410nm，所述光交联的时间为2～4min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钙盐溶液的浓度为8～12wt％，所述再交联的温度为3～5℃，时间为25～35min。

9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的再生骨支架，所述复合骨支架的纤维之间的孔径为400～600μm；孔隙率为70～90％。

10.根据权利要求9所述的再生骨支架在制备治疗骨缺损修复材料中的应用。

技术总结
本发明属于再生医学技术领域，具体涉及一种顺序释放药物的再生骨支架的制备方法和应用，本发明的制备方法由于对Cu<supgt;2+</supgt;和药物(如地塞米松)采用了不同的负载形式，使得再生骨支架中的Cu<supgt;2+</supgt;可以随着支架的降解而早期较快释放，并促进新生血管的生成；相比Cu<supgt;2+</supgt;的释放，介孔二氧化硅微球(MSNs)特殊的介孔结构可使负载的药物进行长期的缓慢释放，促进后期成骨。Cu<supgt;2+</supgt;和地塞米松的顺序释放也使得支架在对骨缺损进行修复的过程中更好地实现血管生成‑成骨的耦合，模拟人体自然骨的缺损修复过程。

技术研发人员：胡庆夕,宋永腾,张海光
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13