CN101829356B - 一种组织工程人工肌腱支架增强体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组织工程人工肌腱支架增强体，包括：将PGA纤维长丝与PLA纤维长丝，或选用PGLA纤维长丝，在锭子机上交织成编织线或在并线机上合并成捻合股线，编织成中空圆形网状组织结构的管形织物；其制备包括：将PGA和PLA纤维长丝，或选用PGLA纤维长丝编织成线或捻合股线，以辫子针起针编织成圆环，辫子针编织网状结构的边并以短针连接。本发明的增强体具有能够使细胞贴附生长、支架降解速率可调控，且力学衰变速率能与肌腱组织生长速率相匹配等优点，特别是在支架降解过程中仍能保持较高的力学性质，且制备方法简单快速，支架的长度可以根据需要任意剪取，具有良好的应用前景。

Description

一种组织工程人工肌腱支架增强体及其制备方法

技术领域

本发明属于人工肌腱支架辅助材料及其制备领域，特别涉及一种组织工程人工肌腱支架增强体及其制备方法。

背景技术

肌腱损伤是存在于从事体育运动人群的常见损伤之一。目前的治疗方法存在着一定的局限性或不足。组织工程技术的诞生和发展为临床肌腱修复提供了一种更为理想的、符合生理特点的方法。用组织工程技术修复肌腱缺损，就是获取少量的肌腱种子细胞在体外培养扩增后和生物可降解支架结合成复合物，将其植入缺损部位后种子细胞增殖、分化、分泌基质，形成修复组织，生物材料逐渐降解，最终达到生物学意义上的完全修复。其中支架在组织工程技术中占有非常重要的地位，它不仅起支撑作用，保持原有组织的形状，而且还起到模板作用，为细胞提供寄宿、成长、分化和增殖的场所，对受损组织的再生进行引导和对再生组织的结构进行控制，是决定组织工程技术是否能用于临床的关键因素。在生物可降解材料选用中，天然高分子材料降解周期一般较为固定，而合成高分子材料的组成、结构和降解行为更易于控制，迄今应用最广、研究最多的是生物可降解聚酯类材料，如：聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)和聚乙交酯丙交酯(PGLA)等。

由纤维组成的组织工程支架通常称之为“纤维基组织工程支架”，多应用于肌腱和韧带组织工程中。目前已有的纤维基组织工程肌腱支架研究有：

(1)以纤维束直接作为支架。利用纺丝技术将PGA、PLA等生物材料做成纤维，用纤维束作为支架。Alexander H等用PLA细丝与碳纤维的复合材料作为支架【Alexander H，Weiss AB，Parsons JR.Ligament and tendon repair with an absorbable polymer-coated carbonfiber stent.Bull Hosp Jt Dis Orthop Inst，1986，46(2)：155-173】；曹谊林等将从小牛肩和膝部的肌腱组织中获取肌腱细胞，接种于索条状PGA网状支架上【Cao YL，Vacanti JP，Ma X，et al.Generation of neo-tendon using synthetic polymers seeded with tenocytes.Transplant Proc，1994，26(6)：3390-3391】；项舟等用肌腱细胞与碳纤维增强PGA加胶原表面涂层材料体外联合培养【项舟，杨志明.组织工程人工肌腱的实验研究.中华手外科杂志，2000，16(3)：140-143】；曲彦隆等制作了梯度降解肌腱支架，支架材料采用聚二氧杂环己烷(PDS)、聚己酸内酯(PCL)、PGLA三种成分【曲彦隆，杨志明，谢慧琪，等.梯度降解三维支架材料与肌腱细胞复合培养的实验研究.中华显微外科杂志，2004，27(3)：193-195】。

(2)编织类支架。编织是一组纱线沿0度方向延伸，而且所有纱线都偏移一个合适的角度，然后交织在一起形成织物的过程。Cooper J等以PGLA长丝为原料，分别采用圆形编织法和矩形编织法制作了前十字韧带支架【Cooper J，Lu H，Ko FK，et al.Fiber-basedtissue-engineered scaffold for ligament replacement：design considerations and in vitroevaluation.Biomaterials，2005，26(13)：1523-1532】；Lu H等分别以PGA、PGLA、PLA长丝为原料，用圆形编织法制作了三种前十字韧带支架，并进行了体外研究【Lu H，Cooper J，Manuel S，et al.Anterior cruciate ligament regeneration using braided biodegradablescaffolds：invitro optimization studies.Biomaterials，2005，26(23)：4805-4816】。

(3)针织类支架。针织是将纱线弯曲成圈并相互串套成织物。Ouyang HW等以PGLA为原料，采用纬平针结构制作了肌腱支架【Ouyang HW，Goh JCH，ThambyahA，et al.Knittedpoly-lactide-co-glycolide scaffold loaded with bone marrow stromal cells in repair andregeneration of rabbit achilles tendon.Tissue Engineering，2003，9(3)：431-439】；陶沙等采用PGA和PLA为原料，探讨了纬平针结构肌腱支架的工艺参数【陶沙，张佩华，郭正，等.组织工程人工肌腱支架的制备工艺及降解性能.东华大学学报：自然科版，2009，35(2)：153-156，185】。

(4)静电纺丝纳米纤维支架。应用静电纺丝技术，将纳米纤维置于针织支架表面和线圈之间。Sahoo S等先以PGLA长丝为材料，制作了纬平针结构的针织支架，然后利用静电纺丝技术制备PGLA纳米纤维，并使其附着在针织支架中【Sahoo S，Ouyang HW，GohJCH.et al.Characterization of a Novel Polymeric Scaffold for Potential Application inTendon/Ligament Tissue Engineering.Tissue engineering，2006，12(1)：91-99】。

尽管近年来国内外学者对利用组织工程技术修复肌腱损伤有了一定的研究，但尚未进行临床应用。组织工程肌腱支架通常有着良好的生物相容性，细胞能在支架上很好的黏附、增殖并分泌细胞外基质，但目前大部分支架在具有良好的细胞黏附性的同时，却无法满足在降解过程中的力学要求，而组织工程肌腱支架无论是在体外构建过程中还是移植到体内后，都必须承担一定的拉伸载荷，支架的降解速率过快，会导致支架在组织形成前受到拉伸载荷后破碎，造成体外构建或移植的最终失败。

为了提高组织工程人工肌腱支架的拉伸力学性能，并调控支架的降解性能，本发明提供了一种处于人工肌腱支架外层的增强体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种组织工程人工肌腱支架增强体及其制备方法，该增强体具有能够使细胞贴附生长、支架降解速率可调控，且力学衰变速率能与肌腱组织生长速率相匹配等优点，特别是在支架降解过程中仍能保持较高的力学性质，且制备方法简单快速，根据支架的长度可以根据需要任意剪取，具有良好的应用前景。

本发明的一种组织工程人工肌腱支架增强体，其材料包括：将聚乙交酯PGA纤维长丝与聚丙交酯PLA纤维长丝按重量比50～99∶50～1在锭子机上交织成编织线或在并线机上合并成捻合股线，或选用聚乙交酯丙交酯共聚PGLA纤维长丝，其GA与LA共聚比例为50～99∶50～1，将二根以上PGLA纤维长丝在锭子机上交织成编织线或在并线机上合并成捻合股线。

所述的人工肌腱支架增强体为采用上述材料编织成中空圆形网状组织结构的管形织物，其外径为3～30mm，壁厚为0.1～2mm。

所述的纤维长丝为单丝或复丝。

所述的编织线或捻合股线的合成支数范围为20dtex～1000dtex。

本发明的一种组织工程人工肌腱支架增强体的制备方法，包括：

(1)将PGA和PLA纤维长丝按重量比50～99∶50～1编织成线或捻合股线，或将PGLA纤维长丝编织成线或捻合成股线，其中PGLA的GA与LA共聚比例为50～99∶50～1；

(2)将上述制备的编织线或捻合股线，采用钩针编织成长度大于1cm的圆筒形网状结构支架增强体，以辫子针起针编织成直径3～30mm的圆环，辫子针编织网状结构的边并以短针连接，编织参数为：起针数5～100针，网状结构编织的辫子针数2～20针。

本发明用途为，可在支架增强体内填充平行排列的PGA纤维丝束构成组织工程人工肌腱支架，其PGA纤维丝束在支架内的填充孔隙率75～95％。

有益效果

(1)本发明的组织工程人工肌腱支架增强体具有良好的生物力学性能，通过调节辫子针的线圈数量改变支架增强体的孔径，从而改变其拉伸强度。当该支架增强体内填充平行排列的PGA纤维丝束构成组织工程人工肌腱支架后，支架增强体可对支架起定形、增强作用，特别是在支架降解过程中仍能保持较高的力学性质。

(2)本发明的组织工程人工肌腱支架增强体降解速率可控，可通过调整PGA、PLA单丝编织或合股的比例，或调整PGLA纤维中GA和LA的共聚比例调控支架增强体的降解速率。

(3)本发明的组织工程人工肌腱支架增强体，其辫子针之间通过短针连接，可按照肌腱所需长度任意裁剪，且不脱散，操作和使用方便。

附图说明

图1为三种不同孔径的组织工程人工肌腱支架增强体，其中，a的辫子针数为6针；b的辫子针数为9针；c的辫子针数为12针。

图2为组织工程人工肌腱支架(支架增强体内填充入平行排列的PGA纤维丝束)；

图3为皮肤成纤细胞接种、体外培养2个月后的组织工程人工肌腱显微照片(HE组织染色，×200)，其中，a.组织工程人工肌腱(横切面)，b.组织工程人工肌腱(纵切面)。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)编织线的制备：将线密度为0.43tex的PGA复丝4股和线密度为0.56tex的PLA复丝2股，(PGA与PLA的混合比例是60∶40)，在温度20℃、相对湿度65％的大气条件下，在12锭立式锭子编织机上进行无芯交叉编织成纱线，编织角54.5°。

(2)组织工程人工肌腱支架增强体的制备：用钩针以辫子针作为网孔边起针，起针数30针，成环直径10mm。以辫子针和短针连接编织网状圆形织物，辫子针6针，长度40mm后收针。

(3)组织工程人工肌腱支架的制备：将20mg PGA纤维(直径15微米)填充入组织工程支架增强体中，形成长40mm、直径10mm的组织工程肌腱支架，PGA纤维填充孔隙率85％。

实施例2

(1)股线的制备：将线密度为18dtex的PGA单丝和线密度为4.5dtex的PLA单丝，(PGA与PLA的混合比例是80∶20)，在温度20℃、相对湿度65％的大气条件下，在并线机上合股成股线。

(2)组织工程人工肌腱支架增强体的制备：用钩针以辫子针作为网孔边起针，起针数40针，成环直径12mm。以辫子针和短针连接编织网状圆形织物，辫子针10针，长度50mm后收针。

(3)组织工程人工肌腱支架的制备：将30mg PGA纤维(直径15微米)填充入组织工程支架增强体中，形成长50mm、直径10mm的组织工程肌腱支架，PGA纤维填充孔隙率86％。

Claims (4)

1.一种组织工程人工肌腱支架增强体，其材料包括：将聚乙交酯PGA纤维长丝与聚丙交酯PLA纤维长丝按重量比50～99：50～1在锭子机上交织成编织线或在并线机上合并成捻合股线，或选用聚乙交酯丙交酯共聚PGLA纤维长丝，其GA与LA共聚比例为50～99：50～1，将二根以上PGLA纤维长丝在锭子机上交织成编织线或在并线机上合并成捻合股线；

所述的人工肌腱支架增强体为采用上述材料编织成中空圆形网状组织结构的管形织物，其外径为3～30mm，壁厚为0.1~2mm；

所述的人工肌腱支架增强体的制备方法包括：将编织线或捻合股线，采用钩针编织成长度大于1cm的圆筒形网状结构支架增强体，以辫子针起针编织成直径3~30mm的圆环，辫子针编织网状结构的边并以短针连接，编织参数为：起针数5～100针，网状结构编织的辫子针数2～20针。

2.根据权利要求1所述的一种组织工程人工肌腱支架增强体，其特征在于：所述的纤维长丝为单丝或复丝。

3.根据权利要求1所述的一种组织工程人工肌腱支架增强体，其特征在于：所述的编织线或捻合股线的合成支数范围为20dtex～1000dtex。

4.一种组织工程人工肌腱支架增强体的制备方法，包括：

（1）将PGA和PLA纤维长丝按重量比50～99：50～1编织成线或捻合股线，或将PGLA纤维长丝编织成线或捻合成股线，其中PGLA的GA与LA共聚比例为50～99：50～1；

（2）将上述制备的编织线或捻合股线，采用钩针编织成长度大于1cm的圆筒形网状结构支架增强体，以辫子针起针编织成直径3~30mm的圆环，辫子针编织网状结构的边并以短针连接，编织参数为：起针数5～100针，网状结构编织的辫子针数2～20针。

Images