CN101934095A - 一种可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨及其制备方法和应用 - Google Patents
一种可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101934095A CN101934095A CN2010102704167A CN201010270416A CN101934095A CN 101934095 A CN101934095 A CN 101934095A CN 2010102704167 A CN2010102704167 A CN 2010102704167A CN 201010270416 A CN201010270416 A CN 201010270416A CN 101934095 A CN101934095 A CN 101934095A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bone
- plga
- hydrogel microcapsule
- microcapsule
- hydrogel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 title claims abstract description 124
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 title claims abstract description 69
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 title abstract 3
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 title abstract 3
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 title abstract 3
- 239000004571 lime Substances 0.000 title abstract 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 title abstract 3
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 title abstract 3
- 229920001606 poly(lactic acid-co-glycolic acid) Polymers 0.000 claims abstract description 65
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims abstract description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 10
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 66
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 31
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 30
- GBNXLQPMFAUCOI-UHFFFAOYSA-H tetracalcium;oxygen(2-);diphosphate Chemical compound [O-2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O GBNXLQPMFAUCOI-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 19
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 claims description 15
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 13
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims description 13
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims description 13
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- FUFJGUQYACFECW-UHFFFAOYSA-L calcium hydrogenphosphate Chemical compound [Ca+2].OP([O-])([O-])=O FUFJGUQYACFECW-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 8
- 210000003954 umbilical cord Anatomy 0.000 claims description 8
- 239000002639 bone cement Substances 0.000 claims description 6
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 230000006735 deficit Effects 0.000 claims description 2
- 238000009418 renovation Methods 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 abstract description 7
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000004568 cement Substances 0.000 abstract description 4
- 201000010099 disease Diseases 0.000 abstract description 4
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 abstract description 4
- 230000011164 ossification Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000036573 scar formation Effects 0.000 abstract 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 16
- 238000011160 research Methods 0.000 description 15
- LFULEKSKNZEWOE-UHFFFAOYSA-N propanil Chemical compound CCC(=O)NC1=CC=C(Cl)C(Cl)=C1 LFULEKSKNZEWOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 11
- 239000012531 culture fluid Substances 0.000 description 8
- 210000004271 bone marrow stromal cell Anatomy 0.000 description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 4
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 4
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 4
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 4
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 3
- 210000002901 mesenchymal stem cell Anatomy 0.000 description 3
- 238000002324 minimally invasive surgery Methods 0.000 description 3
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 206010010356 Congenital anomaly Diseases 0.000 description 2
- 108090000723 Insulin-Like Growth Factor I Proteins 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 102000013275 Somatomedins Human genes 0.000 description 2
- BPMFZUMJYQTVII-UHFFFAOYSA-N alpha-guanidinoacetic acid Natural products NC(=N)NCC(O)=O BPMFZUMJYQTVII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 210000001671 embryonic stem cell Anatomy 0.000 description 2
- 210000002304 esc Anatomy 0.000 description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 2
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001900 immune effect Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000003716 mesoderm Anatomy 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 2
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 108010037362 Extracellular Matrix Proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000010834 Extracellular Matrix Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 241000195474 Sargassum Species 0.000 description 1
- 208000031320 Teratogenesis Diseases 0.000 description 1
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- QVMHUALAQYRRBM-UHFFFAOYSA-N [P].[P] Chemical compound [P].[P] QVMHUALAQYRRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 210000001185 bone marrow Anatomy 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 239000011365 complex material Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 210000003981 ectoderm Anatomy 0.000 description 1
- 238000012407 engineering method Methods 0.000 description 1
- 210000002744 extracellular matrix Anatomy 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 238000012239 gene modification Methods 0.000 description 1
- 230000005017 genetic modification Effects 0.000 description 1
- 235000013617 genetically modified food Nutrition 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 206010025482 malaise Diseases 0.000 description 1
- 230000036244 malformation Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012567 medical material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 230000002188 osteogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002138 osteoinductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 210000002435 tendon Anatomy 0.000 description 1
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨，由以下重量百分数含量的组分制备而成：磷酸钙骨水泥20～75％、壳聚糖20～75％、PLGA电纺丝1～10％、hUCMSCs水凝胶微囊3～15％。本发明还公开了该组织工程骨的制备方法及作为骨缺损修复材料的应用。本发明不仅保留磷石灰原有的良好生物相容性和成骨诱导性能，而且显著提高了磷石灰组织工程骨的力学性能和携带种子细胞能力，具有优异的生物相容性，可携带足够量的种子细胞，用作注入型可降解骨组织工程骨，可用于多种疾病造成的骨缺损或骨量不足的治疗，具有易于操作、塑型方便、最大限度减少创伤、降低手术难度、减少病人痛苦、减少感染危险和疤痕形成等特点。
Description
技术领域
本发明涉及医用材料领域，具体涉及一种新型骨生物修复复合材料，通过组织工程学方法构建可注射、原位固化磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨及其应用。
背景技术
因先天性、外伤、感染、肿瘤等原因造成的骨缺损是临床常见问题。目前多采用自体骨移植、异体骨移植和人工合成骨填充材料等方法填充修复骨缺损，但仍存在很多不足。自体骨移植：供区疼痛、失血、感染、结构被破坏功能影响、取骨数量有限，异体骨：免疫排斥反应，疾病传染，人工合成骨填充材料目前仍旧只能起到骨缺损填充、支持作用，骨诱导能力较弱。随着经济和社会生活的发展，骨折和骨缺损的发病率逐年上升，据保守估计，美国每年大约有700万因骨科疾病就诊，医疗消耗约2150亿美元。我国每年需要进行骨移植的患者也已超过百万。因此，如何更好的修复骨组织缺损，一直是修复重建研究领域的热点。
应用生物学和工程学技术、原理研究开发替代用组织工程骨为骨缺损的修复开辟了新途径、新方法。近年来，组织工程骨研究发展迅速，种子细胞、生物材料支架和生长因子为组织工程骨修复骨缺损，再生新骨形成提供了符合生物学规律的研究思路，多项组织工程骨研究表明合理的种子细胞在体外生物材料支架中能够粘附、生长并具有成骨性能，最终在体内再生成新骨组织。但由于骨组织再生过程相当复杂，仍有很多机理尚待进一步研究，随着骨再生研究的深入，目前多认为骨再生修复过程中的塑形重建是构建骨组织质量和功能的关键因素。
随着干细胞、生物材料和基因修饰技术的研究发展，又为组织工程骨研究提供了新的思路和方法。生物材料支架是组织工程骨研究的主要内容之一，目前主要有两大类材料应用于组织工程骨的支架研究：(1)可用于微创外科的可注射型骨修复材料，较常见如：各类型水凝胶携带种子细胞合并各种生长因子、注射、原位交联后形成细胞-支架三维结构。但多数材料的力学性能偏低，目前仍无法 达到真正骨组织的物理和力学性能，因此尚未能在承重骨骨缺损修复中广泛应用。(2)预成形支架骨修复材料，较常见如：各类型高分子聚合物、仿生矿物复合物和金属材料支架。这类型材料支架虽然具有良好的力学性能，但术前和/或术中需经重新加工定型来满足骨缺损处完全填充的需要，并且不具备可注射填充能力，携带细胞能力仍不足。因此，目前也未能在微创外科中得到广泛应用。磷酸钙骨水泥(Calcium phosphate cement，CPC)因具有可注射性能、可原位塑形固化、凝固后可转化为具有骨诱导能力的羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)等特性而受到关注，并于1996年获得美国FDA批准正式应用于卢面部非承重骨缺损的修复，但因力学性能偏低应用受到了限制。
胚胎干细胞(Embryonic stem cells，ESCs)系全能干细胞，具有无限增殖和体外长期培养后仍具有可诱导产生从滋养层到内、中、外胚层所有细胞的能力，但由于伦理学和致畸发生率偏高等原因使得基于ESCs的组织工程骨研究相对滞后。间充质干细胞(Mesenchymal stem cells，MSCs)能在体外增殖维持非分化状态并具有分化成：骨、软骨、脂肪、肌腱、肌肉、真皮及骨髓基质等中胚层组织的潜能，目前已在机体多个组织器官中成功提取到具有分化潜能的MSCs，在多来源的MSCs中，又以骨髓间充质干细胞(Bone mesenchymal stem cells，bMSCs)较多被应用于组织工程骨的研究。由于bMSCs存在提取时需有创操作，一次提取细胞数量少和分化潜能会随着传代次数增加而衰减等不足，因此，探寻理想的种子细胞一直是组织工程骨研究中的热点之一。近期研究发现来源于脐带基质组织的间充质细胞，表达MSCs细胞表型并能分化成：骨、软骨、脂肪和真皮等中胚层组织，被称为脐带基质间充质干细胞(Human umbilical cord matrix stem cells，hUCMSCs)。目前发现hUCMSCs具有以下优点：(1)组织来源丰富；(2)提取细胞操作相对简便、消耗少；(3)属于无创操作；(4)不存在伦理学问题；(5)具有较高的诱导分化能力；(6)无免疫排斥反应。因此，有可能成为组织工程骨研究中较为理想的种子细胞之一。
尽管国内外对强化CPC力学性能进行了较深入的研究，但目前尚缺乏有关干细胞在CPC中释放和成骨作用的研究。其中可能的原因是CPC携带细胞能力偏低。因此，本项目拟联合应用：(1)聚合物壳聚糖(Chitosan)和聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA)纤维增强CPC的力学性能，(2)海 藻酸钠水凝胶hUCMSCs微囊释放载体，携带更多种子干细胞进入CPC内部，构建可用于微创外科的新型强化型可注射、原位塑形、可降解组织工程骨，并通过影像学、组织学等方法观察新型组织工程骨对标准骨缺损鼠骨缺损的修复作用。项目设想早期聚合物壳聚糖和纳米纤维可强化CPC组织工程骨力学性能，但不影响其可注射、原位固化成形特性，干细胞微囊可携带大量种子细胞进入CPC复合物内部，随着纤维降解会在CPC组织工程骨中形成大而长的孔隙，随着水凝胶微囊降解会形成小而均一的孔隙，进而可形成类似于松质骨的空间结构，伴随干细胞释放进入组织工程骨，更有助于后期新生骨形成。
发明内容
为了克服现有磷石灰组织工程骨力学性能的不足，本发明的目的在于提供一种易于操作、塑型方便、减少创伤、降低手术难度、减少病人痛苦、减少感染危险、疤痕形成和治疗费用的可注射、可塑形、可降解强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨。
本发明的另一目的在于提供上述可注射、可塑形、可降解强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨的制备方法，该制备方法工艺简单、易于控制。
本发明的目的还在于提供上述可注射、可塑形、可降解强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨作为骨缺损修复材料的用途。
本发明提供的一种可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨，由以下重量百分数含量的组分制备而成：
磷酸钙骨水泥 20～75％
壳聚糖 20～75％
PLGA电纺丝 1～10％
hUCMSCs水凝胶微囊 3～15％。
本发明所述的磷酸钙骨水泥(Calcium phosphate cement，CPC)由磷酸四钙(TTCP)和无水磷酸氢钙(DCPA)混合制备而成，所述的磷酸四钙(TTCP)和无水磷酸氢钙(DCPA)的摩尔质量比为1∶3～3∶1。
本发明所述的壳聚糖(Chitosan)的重量浓度为10～30％。
本发明所述的PLGA电纺丝的直径为200nm～10μm。
作为本发明的一种实施方式，所述的PLGA电纺丝通过如下的电纺丝技术制备 获得：电纺丝设备由可调高压电输出装置、接地电极、圆筒状收集器和PLGA微量泵装置构成，取重量浓度10～20％的PLGA由PLGA微量泵持续泵出，泵出速度1～10mL/h，工作电压1～30KV，注射针头至收集器间工作距离8～10cm，收集器滚轴转速1～20m/s，即可获得。
作为本发明的一种实施方式，所述的hUCMSCs水凝胶微囊通过如下的方法制备获得：采用同轴气流微囊发生设备制备形态均一的直径为200～500μm的海藻酸钠水凝胶微囊，海藻酸钠水凝胶的重量浓度为1～5％，0.1M CaCl2作为凝胶形成剂；选取第一代至第五代脐带基质间充质干细胞(Human umbilical cord matrix stem cells，hUCMSCs)中的任一代悬浮于海藻酸钠水凝胶中，其中hUCMSCs细胞浓度为1～25M/ml，采用同轴气流微囊发生设备制备获得hUCMSCs水凝胶微囊。
本发明提供的一种可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨的制备方法是：将经消毒灭菌处理的CPC粉末、Chitosan和电纺PLGA纤维丝搅拌，混合均匀，制备成CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物，然后加入hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物缓慢搅拌混合，最终形成可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨。
上述制备方法中，所述的CPC粉末、Chitosan和电纺PLGA纤维丝的搅拌时间为3～5分钟，所述的加入hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物的搅拌混合时间为10～30秒。
本发明提供的可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨，其主要组分包括固相粉料：磷酸四钙、无水磷酸氢钙、水凝胶微囊和PLGA电纺丝，液相：天然生物高分子聚合物壳聚糖。它们源于天然、安全无毒、具有良好的生物相容性、生物降解性，磷酸四钙、无水磷酸氢钙复合物与人体骨组织的无机成分基本一致，并具有骨诱导性和一定的骨传导性。海藻酸钠水凝胶作为种子细胞释放载体，携带更多种子干细胞进入CPC内部，凝胶中含一定量的水分，利于营养物质和废物的扩散。随着纤维降解会在CPC组织工程骨中形成大而长的孔隙，水凝胶微囊降解会形成小而均一的孔隙，进而可形成类似于松质骨的空间结构，可为骨的再生和重建提供物理支架和最佳的化学环境，伴随干细胞释放进入组织工程骨，更有助于后期新生骨形成。与现有技术相比，本发明具有以下特点：
(1)材料均为安全无毒的纯天然聚合物体系。磷酸四钙、无水磷酸氢钙源 于天然矿物，海藻酸钠为源于海藻的天然多糖、明胶为源于动物胶原的蛋白质，均为安全无毒的的天然成分。
(2)组织工程骨的可注射性和原位固化、塑形。可填充任何形状的骨缺损，能和周围组织紧密接触。易于操作、原位塑形、最大限度减少创伤，降低手术难度、减少病人痛苦、减少感染危险、疤痕形成和治疗费用。
(3)壳聚糖，PLGA电纺丝可显著提高组织工程骨的材料力学性能，使CPC复合组织工程骨在修复负重区骨缺损中的应用成为可能。海藻酸钠水凝胶作为种子细胞释放载体，可携带大量种子细胞进入CPC内部，凝胶中含一定量的水分，有利于营养物质和废物的扩散，并且由于未使用时是液态，可跟生物活性分子、治疗药物等均匀混合后再注入固化。
(4)随着纤维降解会在CPC组织工程骨中形成大而长的孔隙，水凝胶微囊降解也会形成小而均一的孔隙，进而可形成类似于松质骨的空间结构，可为骨的再生和重建提供最佳的空间环境，伴随干细胞释放进入组织工程骨，更有助于后期新生骨形成。为骨的再生和重建提供最佳的物理化学环境，模拟了天然骨组织的细胞外基质成分，使材料具有优异的生物相容性及可调的物理机械性能、生物降解性能。
综上所述，本发明制备的可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨的有益效果不仅保留磷石灰原有的良好生物相容性和成骨诱导性能，而且显著提高了磷石灰组织工程骨的力学性能和携带种子细胞能力。具有优异的生物相容性，可携带足够量的种子细胞，用作注入型可降解骨组织工程骨，用于由肿瘤、外伤、严重感染、先天畸形等多种疾病造成的骨缺损或骨量不足的治疗。组织工程骨的制备方法，该制备方法工艺简单、易于控制。操作简便、塑型方便、最大限度减少创伤，降低手术难度、减少病人痛苦、减少感染危险、疤痕形成和治疗费用。在组织工程骨研究领域具有一定的先进性和创新性，可为组织工程骨研究和临床应用提供新思路和新方法。
具体实施方式
实施例1
将经消毒灭菌处理的1.8克CPC(TTCP/DCPA＝1∶1)粉末、0.9克15％Chitosan和0.0884gPLGA电纺丝(长度3mm)搅拌3分钟，混合均匀，制备成CPC与Chitosan 比例2∶1，PLGA电纺丝体积比例占复合物总体积比例10％的CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物。立即加入0.092g的hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物缓慢搅拌混合15秒，形成CPC与Chitosan比例2∶1，PLGA电纺丝体积比例和hUCMSCs水凝胶微囊分别占人工骨总体积比例10％和10％的可注射、可塑形、可降解强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨。置入注射器内待用，或37℃静置，30分钟内凝固塑形，加入培养液，置入细胞孵育箱备用，培养条件：温度37℃、CO2浓度90％。
实施例2
将经消毒灭菌处理的1.8克CPC(TTCP/DCPA＝1∶1)粉末、0.9克15％Chitosan和0.0884gPLGA电纺丝(3mm)搅拌3分钟，混合均匀，制备成CPC与Chitosan比例2∶1，PLGA电纺丝体积比例占复合物总体积比例10％的CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物。立即加入0.184g的hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物缓慢搅拌混合15秒，形成CPC与Chitosan比例2∶1，PLGA电纺丝体积比例和hUCMSCs水凝胶微囊分别占人工骨总体积比例10％和20％的可注射、可塑形、可降解强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨。置入注射器内待用，或37℃静置，30分钟内凝固塑形，加入培养液，置入细胞孵育箱备用，培养条件：温度37℃、CO2浓度90％。
实施例3
将经消毒灭菌处理的1.8克CPC(TTCP/DCPA＝1∶1)粉末、0.9克15％Chitosan和0.0884gPLGA电纺丝(3mm)搅拌3分钟，混合均匀，制备成CPC与Chitosan比例2∶1，PLGA电纺丝体积比例占复合物总体积比例10％的CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物。立即加入0.276g的hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物缓慢搅拌混合15秒，形成CPC与Chitosan比例2∶1，PLGA电纺丝体积比例和hUCMSCs水凝胶微囊分别占人工骨总体积比例10％和30％的可注射、可塑形、可降解强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨。置入注射器内待用，或37℃静置，30分钟内凝固塑形，加入培养液，置入细胞孵育箱备用，培养条件：温度37℃、CO2浓度90％。
实施例4
将经消毒灭菌处理的1.8克CPC(TTCP/DCPA＝1∶1)粉末、0.9克15％Chitosan和0.0884gPLGA电纺丝(3mm)搅拌3分钟，混合均匀，制备成CPC与Chitosan比例2∶1，PLGA电纺丝体积比例占复合物总体积比例10％的CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物。立即加入0.368g的hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物缓慢搅拌混合15秒，形成CPC与Chitosan比例2∶1，PLGA电纺丝体积比例和hUCMSCs水凝胶微囊分别占人工骨总体积比例10％和40％的可注射、可塑形、可降解强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨。置入注射器内待用，或37℃静置，30分钟内凝固塑形，加入培养液，置入细胞孵育箱备用，培养条件：温度37℃、CO2浓度90％。
实施例5
将经消毒灭菌处理的1.8克CPC(TTCP/DCPA＝1∶1)粉末、0.9克15％Chitosan和0.0884gPLGA电纺丝(3mm)搅拌3分钟，混合均匀，制备成CPC与Chitosan比例2∶1，PLGA电纺丝体积比例占复合物总体积比例10％的CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物。立即加入0.46g的hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物缓慢搅拌混合15秒，形成CPC与Chitosan比例2∶1，PLGA电纺丝体积比例和hUCMSCs水凝胶微囊分别占人工骨总体积比例10％和50％的可注射、可塑形、可降解强化型磷磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨。置入注射器内待用，或37℃静置，30分钟内凝固塑形，加入培养液，置入细胞孵育箱备用，培养条件：温度37℃、CO2浓度90％。
实施例6
将经消毒灭菌处理的1.316克CPC(TTCP/DCPA＝3∶1)粉末、0.466克15％Chitosan和0.084gPLGA电纺丝(长度3mm)搅拌5分钟，混合均匀，制备成CPC与Chitosan比例3∶1，PLGA电纺丝体积比例占复合物总体积比例20％CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物。立即加入0.062g的hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物缓慢搅拌混合15秒，形成CPC与Chitosan比例3∶1，PLGA电纺丝体积比例和hUCMSCs水凝胶微囊分别占人工骨总体积比例20％和10％的可注射、可塑形、可降解强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨。置入注射器内待用，或37℃静置，30分钟内凝固塑形，加入培养液，置入细胞孵育箱备用，培养条件：温度37℃、 CO2浓度90％。
实施例7
将经消毒灭菌处理的1.316克CPC(TTCP/DCPA＝3∶1)粉末、0.466克15％Chitosan和0.084gPLGA电纺丝(长度3mm)搅拌5分钟，混合均匀，制备成CPC与Chitosan比例3∶1，PLGA电纺丝体积比例占复合物总体积比例20％CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物。立即加入0.124g的hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物缓慢搅拌混合15秒，形成CPC与Chitosan比例3∶1，PLGA电纺丝体积比例和hUCMSCs水凝胶微囊分别占人工骨总体积比例20％和20％的可注射、可塑形、可降解强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨。置入注射器内待用，或37℃静置，30分钟内凝固塑形，加入培养液，置入细胞孵育箱备用，培养条件：温度37℃、CO2浓度90％。
实施例8
将经消毒灭菌处理的1.316克CPC(TTCP/DCPA＝3∶1)粉末、0.466克15％Chitosan和0.084gPLGA电纺丝(长度3mm)搅拌5分钟，混合均匀，制备成CPC与Chitosan比例3∶1，PLGA电纺丝体积比例占复合物总体积比例20％CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物。立即加入0.186g的hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物缓慢搅拌混合15秒，形成CPC与Chitosan比例3∶1，PLGA电纺丝体积比例和hUCMSCs水凝胶微囊分别占人工骨总体积比例20％和30％的可注射、可塑形、可降解强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨。置入注射器内待用，或37℃静置，30分钟内凝固塑形，加入培养液，置入细胞孵育箱备用，培养条件：温度37℃、CO2浓度90％。
以上实施例1-8中：所述的磷酸钙骨水泥(Calcium phosphate cement，CPC)由磷酸四钙(TTCP)和无水磷酸氢钙(DCPA)按摩尔质量比为1∶1或3∶1混合制备而成。所述的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA)电纺丝通过如下的电纺丝技术制备获得：电纺丝设备由可调高压电输出装置、接地电极、圆筒状收集器和PLGA微量泵装置构成，取重量浓度10～20％的PLGA由PLGA微量泵持续泵出，泵出速度1～10mL/h，工作电压1～30KV，注射针头至收集器间工作距离8～10cm，收集器滚轴转速1～20m/s，即可获得直径为200nm～ 10μm的PLGA电纺丝。所述的hUCMSCs水凝胶微囊通过如下的方法制备获得：采用同轴气流微囊发生设备制备形态均一的直径为200～500μm的海藻酸钠水凝胶微囊，海藻酸钠水凝胶的重量浓度为1～5％，0.1M CaCl2作为凝胶形成剂；选取第四代脐带基质间充质干细胞(Human umbilical cord matrix stem cells，hUCMSCs)悬浮于海藻酸钠水凝胶中，其中hUCMSCs细胞浓度为1～25M/ml，采用上述同轴气流微囊发生设备制备获得hUCMSCs水凝胶微囊。
以上实施例仅用于阐述本发明，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以上实施例。所述技术领域的普通技术人员依据以上本发明公开的内容和各参数所取范围，均可实现本发明的目的。
Claims (10)
1.一种可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨，其特征在于由以下重量百分数含量的组分制备而成：
磷酸钙骨水泥 20～75％
壳聚糖 20～75％
PLGA电纺丝 1～10％
hUCMSCs水凝胶微囊 3～15％。
2.根据权利要求1所述的可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨，其特征在于：所述的磷酸钙骨水泥由磷酸四钙和无水磷酸氢钙混合制备而成。
3.根据权利要求2所述的可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨，其特征在于：所述的磷酸四钙和无水磷酸氢钙的摩尔质量比为1∶3～3∶1。
4.根据权利要求1所述的可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨，其特征在于：所述的壳聚糖的重量浓度为10～30％。
5.根据权利要求1所述的可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨，其特征在于：所述的PLGA电纺丝的直径为200nm～10μm。
6.根据权利要求5所述的可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨，其特征在于：所述的PLGA电纺丝通过如下的电纺丝技术制备获得：电纺丝设备由可调高压电输出装置、接地电极、圆筒状收集器和PLGA微量泵装置构成，取重量浓度10～20％的PLGA由PLGA微量泵持续泵出，泵出速度1～10mL/h，工作电压1～30KV，注射针头至收集器间工作距离8～10cm，收集器滚轴转速1～20m/s，即可获得。
7.根据权利要求1所述的可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨，其特征在于：所述的hUCMSCs水凝胶微囊通过如下的方法制备获得：采用同轴气流微囊发生设备制备形态均一的直径为200～500μm的海藻酸钠水凝胶微囊，海藻酸钠水凝胶的重量浓度为1～5％，0.1M CaCl2作为凝胶形成剂；选取第一代至第五代脐带基质间充质干细胞hUCMSCs中的任一代悬浮于海藻酸钠水凝胶中，其中hUCMSCs细胞浓度为1～25M/ml，采用同轴气流微囊发生设备制备获得hUCMSCs水凝胶微囊。
8.权利要求1所述的可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨的制备方法，其特征在于：将经消毒灭菌处理的CPC粉末、Chitosan和电纺PLGA纤维丝搅拌，混合均匀，制备成CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物，然后加入hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物缓慢搅拌混合，最终形成可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨。
9.根据权利要求8所述的可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨的制备方法，其特征在于：所述的CPC粉末、Chitosan和电纺PLGA纤维丝的搅拌时间为3～5分钟，所述的加入hUCMSCs水凝胶微囊与CPC-Chitosan-PLGA电纺丝复合物的搅拌混合时间为10～30秒。
10.权利要求1所述的可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨作为骨缺损修复材料的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010270416 CN101934095B (zh) | 2010-08-31 | 2010-08-31 | 一种可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010270416 CN101934095B (zh) | 2010-08-31 | 2010-08-31 | 一种可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101934095A true CN101934095A (zh) | 2011-01-05 |
| CN101934095B CN101934095B (zh) | 2013-09-18 |
Family
ID=43387813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010270416 Expired - Fee Related CN101934095B (zh) | 2010-08-31 | 2010-08-31 | 一种可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101934095B (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102526798A (zh) * | 2012-01-18 | 2012-07-04 | 华东理工大学 | 可注射复合骨水泥及其制备方法 |
| CN103520774A (zh) * | 2013-09-25 | 2014-01-22 | 胡建中 | 一种组织工程人工骨及其构建方法 |
| CN103877621A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-06-25 | 广东药学院 | 一种电纺纤维增强磷酸钙骨水泥复合材料及其应用 |
| CN104338179A (zh) * | 2013-08-09 | 2015-02-11 | 山东百多安医疗器械有限公司 | 一种可吸收涂层自增强骨板及其制造方法 |
| CN104940993A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-09-30 | 北京英诚创力生物科技有限公司 | 一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨 |
| CN107670102A (zh) * | 2017-11-19 | 2018-02-09 | 赵亮 | 一种募集内源性细胞的骨生物复合材料和制备方法及应用 |
| CN108671266A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-10-19 | 璧典寒 | 一种人工骨修复材料及其制备方法和应用 |
| CN108744030A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-06 | 西安理工大学 | 一种注射型压电骨水泥及其制备方法 |
| CN109432502A (zh) * | 2011-04-25 | 2019-03-08 | 南加州大学 | 一种用于修复头盖缺陷的植入物 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003015802A1 (en) * | 2001-08-14 | 2003-02-27 | Medipost, Co., Ltd. | Composition for treatment of articular cartilage damage |
| CN1416913A (zh) * | 2002-11-28 | 2003-05-14 | 上海瑞邦生物材料有限公司 | 自固化磷酸钙原位成骨活性骨水泥及其制备方法和应用 |
| CN1456360A (zh) * | 2003-05-28 | 2003-11-19 | 东南大学 | 可吸收超细纤维组织修复材料及其制备方法 |
| WO2009061928A1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-05-14 | University Of Kansas | Biodegradable colloidal gels as moldable tissue engineering scaffolds |
| CN101461963A (zh) * | 2009-01-07 | 2009-06-24 | 华南理工大学 | 多重复合可梯度降解骨组织工程支架材料及其制备方法 |
| CN101574543A (zh) * | 2009-06-09 | 2009-11-11 | 广州迈普再生医学科技有限公司 | 一种基于自体细胞的人工关节软骨及其制备方法 |
-
2010
- 2010-08-31 CN CN 201010270416 patent/CN101934095B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003015802A1 (en) * | 2001-08-14 | 2003-02-27 | Medipost, Co., Ltd. | Composition for treatment of articular cartilage damage |
| CN1416913A (zh) * | 2002-11-28 | 2003-05-14 | 上海瑞邦生物材料有限公司 | 自固化磷酸钙原位成骨活性骨水泥及其制备方法和应用 |
| CN1456360A (zh) * | 2003-05-28 | 2003-11-19 | 东南大学 | 可吸收超细纤维组织修复材料及其制备方法 |
| WO2009061928A1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-05-14 | University Of Kansas | Biodegradable colloidal gels as moldable tissue engineering scaffolds |
| CN101461963A (zh) * | 2009-01-07 | 2009-06-24 | 华南理工大学 | 多重复合可梯度降解骨组织工程支架材料及其制备方法 |
| CN101574543A (zh) * | 2009-06-09 | 2009-11-11 | 广州迈普再生医学科技有限公司 | 一种基于自体细胞的人工关节软骨及其制备方法 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109432502A (zh) * | 2011-04-25 | 2019-03-08 | 南加州大学 | 一种用于修复头盖缺陷的植入物 |
| CN102526798A (zh) * | 2012-01-18 | 2012-07-04 | 华东理工大学 | 可注射复合骨水泥及其制备方法 |
| CN104338179A (zh) * | 2013-08-09 | 2015-02-11 | 山东百多安医疗器械有限公司 | 一种可吸收涂层自增强骨板及其制造方法 |
| CN103520774A (zh) * | 2013-09-25 | 2014-01-22 | 胡建中 | 一种组织工程人工骨及其构建方法 |
| CN103877621A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-06-25 | 广东药学院 | 一种电纺纤维增强磷酸钙骨水泥复合材料及其应用 |
| CN103877621B (zh) * | 2014-04-08 | 2015-07-08 | 广东药学院 | 一种电纺纤维增强磷酸钙骨水泥复合材料及其应用 |
| CN104940993A (zh) * | 2015-06-24 | 2015-09-30 | 北京英诚创力生物科技有限公司 | 一种复合微囊化人工细胞的可注射人工骨 |
| CN107670102A (zh) * | 2017-11-19 | 2018-02-09 | 赵亮 | 一种募集内源性细胞的骨生物复合材料和制备方法及应用 |
| CN108671266A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-10-19 | 璧典寒 | 一种人工骨修复材料及其制备方法和应用 |
| CN108744030A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-06 | 西安理工大学 | 一种注射型压电骨水泥及其制备方法 |
| CN108744030B (zh) * | 2018-07-20 | 2021-01-15 | 西安理工大学 | 一种注射型压电骨水泥及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101934095B (zh) | 2013-09-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101934095B (zh) | 一种可注射强化型磷石灰/水凝胶微囊组织工程骨及其制备方法和应用 | |
| Bai et al. | Bioactive hydrogels for bone regeneration | |
| Del Bakhshayesh et al. | An overview of advanced biocompatible and biomimetic materials for creation of replacement structures in the musculoskeletal systems: focusing on cartilage tissue engineering | |
| Venkatesan et al. | Alginate composites for bone tissue engineering: A review | |
| Li et al. | Collagen-based implants reinforced by chitin fibres in a goat shank bone defect model | |
| Zhao et al. | Osteogenic media and rhBMP-2-induced differentiation of umbilical cord mesenchymal stem cells encapsulated in alginate microbeads and integrated in an injectable calcium phosphate-chitosan fibrous scaffold | |
| CN109999227B (zh) | 一种基于丝素蛋白和甲壳素混纺纳米纤维嵌入式水凝胶软骨仿生支架的制备方法及应用 | |
| Shen et al. | Engineering a highly biomimetic chitosan-based cartilage scaffold by using short fibers and a cartilage-decellularized matrix | |
| CN101564553B (zh) | 人源化活性煅烧骨的制备方法 | |
| CN108310470B (zh) | 一种缓控释氧微球及其制备方法和用途 | |
| CN103007358B (zh) | 一种软骨组织工程纤维支架材料及其制备方法 | |
| Li et al. | Biomimetic methacrylated gelatin hydrogel loaded with bone marrow mesenchymal stem cells for bone tissue regeneration | |
| CN108273131A (zh) | 一种复合骨水泥、制备方法及其应用和一种骨修复材料 | |
| CN102973981B (zh) | 促进骨缺损修复的可降解三维纤维支架的制备方法 | |
| Zhou et al. | A silk fibroin/chitosan/nanohydroxyapatite biomimetic bone scaffold combined with autologous concentrated growth factor promotes the proliferation and osteogenic differentiation of BMSCs and repair of critical bone defects | |
| CN108159502A (zh) | 柚皮苷微球丝素蛋白/羟基磷灰石复合支架及其制备方法 | |
| Li et al. | The response of host blood vessels to graded distribution of macro-pores size in the process of ectopic osteogenesis | |
| CN101249277A (zh) | 三维多孔组织工程支架材料、其纤维粘结法制备及应用 | |
| Wu et al. | Electrospun fibers immobilized with BMP-2 mediated by polydopamine combined with autogenous tendon to repair developmental dysplasia of the hip in a porcine model | |
| Chhibber et al. | Hydrogels in tissue engineering | |
| Guerra et al. | Chitosan‐Based Macromolecular Biomaterials for the Regeneration of Chondroskeletal and Nerve Tissue | |
| CN112190762B (zh) | 一种注射型镁基复合纤维强化磷酸钙生物骨粘合剂及其制备方法和应用 | |
| Zhang et al. | Preparation of chitosan-sodium alginate/bioactive glass composite cartilage scaffolds with high cell activity and bioactivity | |
| CN115475283A (zh) | 基于水凝胶材料构建的组织工程骨及其制备方法与应用 | |
| Ao et al. | Advanced hydrogels with nanoparticle inclusion for cartilage tissue engineering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130918 |