一种可实现脉冲式缓释的个性化组织修复支架及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物医用材料领域，特别涉及ー种应用于骨、软骨、皮肤缺损等创伤修 复领域的个性化组织修复支架及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 骨、软骨修复材料和皮肤创伤、烧伤修复材料等是目前临床上需求量最大的生物 医用材料。这些材料尽管在成分上具有很大的差异，但在结构上均需满足多孔支架的结构 特点。理想的组织修复支架材料应当具备良好的生物相容性、三维连通的孔隙结构和适宜 的力学及降解性能，能够促进细胞粘附、生长、増殖、分化和代谢，井能够承载、协调生物活 性因子和细胞之间的相互作用，影响细胞表面受体的表达和细胞的分化，为新生组织构建 提供一个适宜的三维空间结构。
[0003] 此外，生长因子是组织修复过程中ー个重要因素，被用于促进组织修复和功能再 生。组织修复支架中一般会包含载有生长因子的微球。缓释微球所包埋的生长因子可根据 个体需求进行变更，从而对不同组织缺损和疾病实现个性化修复和治疗的目的。再者，缓释 技术不仅可以有效的保护生长因子免受机体破坏，缓释微球降解形成的多孔结构方便组织 细胞的长入，从而达到组织再生修复以及促进愈合的目的。然而，现有的缓释微球的释放周 期一般较短，通常仅为数周至数月。因此，如何提高三维多孔支架中缓释微球的释放周期成 为现在生物医用领域的热点。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种能够实现脉冲式缓释的个性化组织修复支架，包括一基体以及分 散于该基体中的多个缓释微球，所述缓释微球中载有生长因子和药物中的至少ー种，所述 缓释微球具有包括核层、中间层及外层的三层结构，核层材料为聚酯类高分子材料，中间层 材料选自丙烯酸树酯、乙基纤维素、和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的ー种，外层材料选自壳聚 糖和糖胺聚糖中的ー种，所述生长因子和/或药物载于所述缓释微球的核层及外层。
[0005] 优选的，所述聚酯类高分子材料选自聚乳酸、聚乳酸-羟基こ酸共聚物、聚己内 酯、和聚羟基脂肪酸酯的至少ー种。
[0006] 优选的，所述缓释微球的质量占所述基体总质量的2~5%。
[0007] 优选的，所述基体的主体成分由质量百分比为75%~99%的可降解聚酯类高分 子材料和质量百分比为1%~25%的可降解无机材料组成。
[0008] 优选的，所述基体具有多个孔洞，该基体的孔洞中填充有可降解高分子化合物水 凝胶或者可降解高分子/无机物杂化水凝胶。
[0009] 本发明还提供一种能够实现脉冲式缓释的个性化组织修复支架的制备方法，其包 括如下步骤：制备载有生长因子和药物中的至少ー种的缓释微球，其中，所述缓释微球具有 包括核层、中间层及外层的三层结构，核层材料为聚酯类高分子材料，中间层材料选自丙烯 酸树酯、乙基纤维素、和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的ー种，外层材料选自壳聚糖和糖胺聚糖 中的ー种，所述生长因子和/或药物载于所述缓释微球的核层及外层；制备包括所述缓释 微球的浆料；以及利用三维打印技术将所述浆料成型为个性化组织修复支架，使所述缓释 微球分散于该个性化组织修复支架的基体中。
[0010] 优选的，所述步骤"制备载有生长因子和药物的至少ー种的缓释微球"进ー步包 括：制得由载有生长因子和/或药物的聚酯类高分子形成的核层微球；制得在该核层微球 表面包疆有丙烯酸树酯、乙基纤维素、或乙烯-醋酸乙烯共聚物涂层的双层微球；以及制得 在所述双层微球的表面包疆有为壳聚糖或糖胺聚糖涂层的缓释微球，所述壳聚糖或糖胺聚 糖涂层载有生长因子和/或药物，从而使该缓释微球具有包括核层、中间层及外层的三层 结构。
[0011] 优选的，所述步骤"制得由载有生长因子和/或药物的聚酯类高分子形成的核层 微球"进ー步包括：取一定量的聚酯类高分子溶于二氯甲烷溶液中；往该二氯甲烷溶液加入 含有一定量的生长因子和/或药物的磷酸盐缓冲溶液；用高速分散器在一定的剪切カ下对 该二氯甲烷溶液乳化一段时间，制得内乳液；将该内乳液加入到含有一定量乳化剂的外水 相中，用高速分散器在一定的剪切力下乳化一段时间，制得复乳液；撹拌该复乳液以挥发其 中的二氯甲烷；以及洗涤，冷冻干燥，制得所述由载有生长因子和/或药物的聚酯类高分子 形成的核层微球。
[0012] 优选的，所述步骤"制得在该核层微球表面包疆有丙烯酸树酯、乙基纤维素、或こ 烯-醋酸乙烯共聚物涂层的双层微球"进ー步包括：取一定量的核层微球分散于含有丙烯 酸树酯、乙基纤维素、或乙烯-醋酸乙烯共聚物的甲醇溶液中，待充分混合后，将该甲醇溶 液加入到含有一定量斯盘-80的液体石蜡中；搅拌该液体石蜡以挥发其中的甲醇；以及洗 涤，离心，真空干燥，制得具有丙烯酸树酯、乙基纤维素、或乙烯-醋酸乙烯共聚物涂层的双 层微球。
[0013] 优选的，所述步骤"制得在所述双层微球的表面包疆有为壳聚糖或糖胺聚糖涂层 的缓释微球，壳聚糖或糖胺聚糖涂层载有生长因子和/或药物"进ー步包括：取一定量的双 层微球以及生长因子和/或药物分散于含有壳聚糖或糖胺聚糖的醋酸/醋酸钠缓冲溶液 中；将所述醋酸/醋酸钠缓冲溶液緩慢加入到含有斯盘-80或P0-500的石蜡/石油醚混合 溶液中；反应数小时后在该石蜡/石油醚混合溶液中加入戊二醛溶液进ー步交联；以及待 反应完成后，静置，离心，洗涤，冷冻干燥，从而得到在所述双层微球的表面包疆有为壳聚糖 或糖胺聚糖涂层的缓释微球。
[0014] 本发明的个性化组织修复采用三层结构的缓释微球，具有良好的生物相容性和可 降解性，用于脉冲式缓释生长因子和/或药物，达到长期稳定缓释的功效，有利于延长生长 因子和/或药物的缓释周期。其中，外层所承载的生长因子和/或药物可在初期向机体组 织提供较大量的生长因子和/或药物，以促进对相应细胞的分化、増殖。中间层作为阻隔层 使得内层所承载的生长因子和/或药物缓慢释放，从而确保该个性化组织修复呈现出较长 的释放周期。
【具体实施方式】
[0015] 本发明较佳实施方式的能够实现脉冲式缓释的个性化组织修复支架，包括一基 体以及分散于所述基体中的多个缓释微球。该基体具有所需的三维形状。所述缓释微球 中载有生长因子和药物中的至少ー种，其可根据个体需求进行变更。所述缓释微球具有包 括核层、中间层及外层的三层结构，所述生长因子和/或药物载于所述缓释微球的核层及 外层。其中，核层材料可选自聚乳酸（PLA)、聚乳酸-羟基こ酸共聚物（PLGA)、聚己内酯 (PCL)、和聚羟基脂肪酸酯（PHA)等聚酯类高分子材料中的至少ー种，中间层材料选自丙烯 酸树酯、乙基纤维素（EC)、和乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA)中的ー种，外层材料选自壳聚糖 (Chitosan)和糖胺聚糖（GAG)中的ー种。其中，所述丙稀酸树醋可采用商品名为尤特奇 (EudragitK )L100-55的丙烯酸树酯产品。所述糖胺聚糖可以是，但不限于透明质酸、硫 酸软骨素等中的至少ー种。所述生长因子可选自骨形态发生蛋白（BMPs)、血管内皮生长因 子（VEGF)、转化生长因子（TGF)、表皮生长因子（EGF)、和活性多肽（HGH)中的至少ー种。其 中，所述骨形态发生蛋白可以是，但不限于BMP-l、BMP-2、BMP-3、BMP-7及BMP-14中的至少 ー种。所述转化生长因子可以是，但不限于TGF-a及TGF-0中的至少ー种。所述活性多肽 (HGH)可以是类胰岛素生长因子（IGFs)或其等同物。所述类胰岛素生长因子可以是，但不 限于IGF-I、IGF-II中的至少ー种。所述药物选自抗癌药物和抗菌药物中的至少ー种。其 中所述抗癌药物可为，但不限于紫杉醇、阿霉素（DOX)、和顺铂中的其中ー种，所述抗菌药物 可为，但不限于万古霉素、庆大霉素、和环丙沙星等中的其中ー种。更具体的，所述缓释微球 呈球形，平均粒径约为50~200ym。所述缓释微球的质量占所述基体总质量的2~5%。
[0016] 所述基体具有多个孔洞。所述孔洞包括平均孔径为200~600ym的相互连通 的大孔和平均孔径为1~150ym的相互连通的小孔。该基体的孔隙率为85%~98%。 更具体的，所述大孔大致呈方形，其沿相互垂直的两个方向的尺寸分别为200X200~ 600X600ym2以及230X200~230X600ym2。所述小孔可呈球形或不规则形状。可以理 解的，由于所述个性化组织修复支架包括相互连通的大孔和相互连通的小孔，从而有利于 提高该个性化组织修复支架的孔隙率。
[0017] 在本实施方式中，所述基体的主体成分为可降解聚酯类高分子材料。在另ー实施 方式中，所述基体的主体成分由质量百分比为75%~99%的可降解聚酯类高分子材料和 质量百分比为1%~25%的可降解无机材料组成。通过采用聚酯类高分子材料和无机材料 共混作为所述基体的主体