骨组织工程支架材料及其制备方法

本发明涉及组织工程，具体为骨组织工程支架材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着经济与科技的快速发展，我国人均寿命显著增加，老龄化加剧使得骨科疾病的发病率也显著提升，由创伤、感染、骨质疏松或骨肿瘤等造成的骨缺损疾病成为骨科临床面对的难题。骨缺损疾病发病率高、治疗难度大，其治疗主要依靠骨移植技术，包括自体骨、异体骨、人工骨和组织工程骨移植，而限制其广泛应用的是骨骼材料。前三者主要存在着骨替代修复材料供体有限、潜在免疫排斥、骨传导性及成骨性能较差等问题易导致骨移植失败。

2、近年来，医学界在沿用各类生物材料的基础上，研创出了新型医技---组织工程骨技术，打破了因常规材料受限而严重影响患者生活质量的骨移植技术的舒适圈，迎来了骨缺损疾病的治疗高峰。通过骨组织工程，可以将自体高浓度骨细胞培养到最佳状态，然后将其种植于生物材料三维支架，等待它们与支架结合，再将其植入骨缺损部位，从而使得支架降解的同时，骨细胞也能够不断增殖，从而实现骨缺损的修复。组织工程骨是十分理想的骨移植材料，其采用的3d打印技术是一种数字化快速成型技术，可快速、精确地制备出多重三维结构的个性化骨组织工程支架，亦可针对骨缺损部位直接展开原位细胞打印，从而大大提高了成型效率和质量。

3、补骨脂素是“补肾壮骨”中药补骨脂提取的主要活性分子之一，具有促成骨、抗肿瘤、抗炎、抗氧化等作用；多项研究表明补骨脂素诱导bmscs成骨分化效果显著。本发明采用“溶剂蒸发法”，经多次调整优化补骨脂素与有机溶剂的比例、初乳与复乳的浓度、超声波粉碎的力度和时间、磁力搅拌的速度和时间等步骤内容，将“补肾壮骨”中药有效成分补骨脂素成功制备为粒径大小约为110nm的补骨脂素纳米微球，极大程度的优化了微球大小，有利于将补骨脂素纳米微球通过“胶原交联涂层”的方式黏附于支架表面及内部，微球通过进一步缓释补骨脂素药物,作为骨诱导因子作用于bmscs呈现出最佳的细胞成骨分化效果，实现“补肾壮骨”中药与骨组织工程技术的有效融合。牡蛎壳作为天然材料与人体骨骼具有相似的微孔结构和力学性能，是理想的骨支架材料，且牡蛎壳本身也是常用的补肾壮骨中药。聚己内酯pcl是一种优质的有机高分子聚合物，它具有出色的生物相容性、有机高聚物相容性和生物降解性等，已被广泛应用于细胞生长支持材料、控释药物载体、组织培养基架等领域，而且它还能够被完全降解为co2和h2o。亦由于pcl具有优异的形状记忆和温度调节能力，本发明将牡蛎壳粉和pcl作为3d支架的主要材料，并结合具有出色的抗菌、吸附性，高碳酸钙含量，呈多孔性生物结构且促成骨活性效佳的天然材料牡蛎壳粉制备支架基架，较单一材料支架进一步丰富了材料的多样性和生物功能，更加贴合人体骨骼力学结构及性能，在骨诱导因子补骨脂素纳米微球与干细胞的配合下，本发明“载补骨脂素的牡蛎壳粉/pcl支架”可有效发挥补肾建骨功效，大大超越了普通支架的成骨诱导性能、生物相容性、骨骼力学强度和结构性能等。

技术实现思路

1、本发明提供一种骨组织工程支架材料及其制备方法，该方法制备的骨组织工程支架材料具有良好的生物相容性和生物活性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：骨组织工程支架材料，包括有以下组分：补骨脂素纳米微球悬浊液和牡蛎壳粉/聚己内酯打印材料；

3、所述补骨脂素纳米微球悬浊液中补骨脂素和plga的质量比为1:5；

4、所述补骨脂素纳米微球悬浊液的浓度为30μmol/l；

5、所述牡蛎壳粉/聚己内酯的质量比为5％。

6、一种骨组织工程支架材料的制备方法，包括有以下步骤：s1：制备补骨脂素纳米微球悬浊液，向纯水中加入补骨脂素纳米微球干粉，超声分散后得到补骨脂素纳米微球悬浊液；

7、s2：制备牡蛎壳粉/聚己内酯打印材料，将聚己内酯和冰醋酸按1:3质量/体积比搅拌溶解后，按牡蛎壳粉/聚己内酯质量比为5％加入牡蛎壳粉过夜搅拌均匀，待醋酸完全挥发后获得薄膜状牡蛎壳粉/聚己内酯打印材料；

8、s3：打印支架，将薄膜状牡蛎壳粉/聚己内酯切割成小块装入2.5ml玻璃微量进样器，在进样器顶端安装内径为0.2mm的不锈钢点胶针头，将微量进样器放入生物3d打印机静电打印喷头，并在末端插入气压挤出压力接头，将静电打印喷头加热温度设置为95℃，等待半小时至材料熔融后进行支架打印；

9、s4：胶原交联，在牡蛎壳粉/聚己内酯支架表面形成胶原交联涂层，通过滴加的方法将补骨脂素纳米微球悬浊液滴加黏附于牡蛎壳粉/聚己内酯支架，真空干燥24h后在-20℃保存。

10、优选的，s1中补骨脂素纳米微球干粉制备过程为：精密称取补骨脂素和plga，将其溶解于二氯甲烷和纯水中，经超声乳化和超声波粉碎后添加至1％pva中，超声波粉碎后加入0.2％pva溶液中，常温下搅拌4h，转速为3000r/min，4h后，转速调整为10000r/min，离心10min，用纯水洗3次微球沉淀，在-80℃冰箱冷冻30min，冷冻干燥24h，制备成补骨脂素纳米微球干粉。

11、优选的，s3中支架打印参数为：打印移动速度1.5mm/s，挤出气压压力1900mbar,支架层高0.2mm，支架线间距0.8mm，支架层数4层。

12、优选的，s4中所述胶原交联涂层的制备方法为：使用ⅰ型胶原、0.05m乙酸、naoh溶液将ph调至中性，mes缓冲液调控胶原溶液浓度至0.1g/ml，支架浸泡2h，加入edc和nhs使最终浓度为2.5mg/mledc和0.63mg/mlnhs对胶原进行交联，4h后取出支架真空干燥24h，pbs冲洗2次，真空干燥24h，并于-20℃保存。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明提供了一种骨组织工程支架材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：将补骨脂素纳米微球悬浊液和牡蛎壳粉-聚己内酯打印材料经冷冻干燥、醋酸溶解、3d打印、胶原交联等过程，得到骨组织工程支架材料。与现有技术相比，本发明由于引入了“补肾壮骨”中药有效成分充当外源性生长因子与天然材料-高分子聚合物材料支架复合应用，生物利用度高且靶向给药，有效促进了骨髓间充质干细胞的增殖与成骨分化，与中医“肾主骨生髓”思想不谋而合，大大提高了支架的生物相容性和生物活性，且生长因子以纳米微球脂质载体的形式负载于支架中，有效延长了药效作用时间。同时，“补肾壮骨”中药与天然材料，具有价廉和容易获得等特点，更适合临床应用与推广。实验结果表明，本发明制备的骨组织工程支架材料具有良好的生物相容性和生物活性，可广泛用于因高能量创伤、骨质疏松、骨肿瘤切除等导致的骨缺损修复治疗。

技术特征：

1.骨组织工程支架材料，其特征在于：包括有以下组分：补骨脂素纳米微球悬浊液和牡蛎壳粉/聚己内酯打印材料；

2.一种根据权利要求1所述的骨组织工程支架材料的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：s1：制备补骨脂素纳米微球悬浊液，向纯水中加入补骨脂素纳米微球干粉，超声分散后得到补骨脂素纳米微球悬浊液；

3.根据权利要求2所述的骨组织工程支架材料的制备方法，其特征在于：s1中补骨脂素纳米微球干粉制备过程为：精密称取补骨脂素和plga，将其溶解于二氯甲烷和纯水中，经超声乳化和超声波粉碎后添加至1％pva中，超声波粉碎后加入0.2％pva溶液中，常温下搅拌4h，转速为3000r/min，4h后，转速调整为10000r/min，离心10min，用纯水洗3次微球沉淀，在-80℃冰箱冷冻30min，冷冻干燥24h，制备成补骨脂素纳米微球干粉。

4.根据权利要求2所述的骨组织工程支架材料的制备方法，其特征在于：s3中支架打印参数为：打印移动速度1.5mm/s，挤出气压压力1900mbar,支架层高0.2mm，支架线间距0.8mm，支架层数4层。

5.根据权利要求2所述的骨组织工程支架材料的制备方法，其特征在于：s4中所述胶原交联涂层的制备方法为：使用ⅰ型胶原、0.05m乙酸、naoh溶液将ph调至中性，mes缓冲液调控胶原溶液浓度至0.1g/ml，支架浸泡2h，加入edc和nhs使最终浓度为2.5mg/mledc和0.63mg/mlnhs对胶原进行交联，4h后取出支架真空干燥24h，pbs冲洗2次，真空干燥24h，并于-20℃保存。

技术总结
本发明涉及组织工程技术领域，具体为骨组织工程支架材料，包括有以下组分：补骨脂素纳米微球悬浊液和牡蛎壳粉/聚己内酯打印材料。将补骨脂素纳米微球悬浊液和牡蛎壳粉‑聚己内酯打印材料经冷冻干燥、醋酸溶解、3D打印、胶原交联等过程，得到骨组织工程支架材料。与现有技术相比，本发明由于引入了“补肾壮骨”中药有效成分充当外源性生长因子与天然材料‑高分子聚合物材料支架复合应用，生物利用度高且靶向给药，有效促进了骨髓间充质干细胞的增殖与成骨分化，与中医“肾主骨生髓”思想不谋而合，大大提高了支架的生物相容性和生物活性，且生长因子以纳米微球脂质载体的形式负载于支架中，有效延长了药效作用时间。

技术研发人员：杨锋
受保护的技术使用者：陕西中医药大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29