CN104758984A - 一种医用聚己内酯膜片及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医学高分子材料技术领域，公开了一种医用聚己内酯膜片及其制备方法和应用。该种膜片的组成成分包含聚己内酯，膜片的厚度为0.5～2毫米，膜片为平面网状结构且平面网状结构的网孔孔径为100～300微米；此外，该膜片还可加入复合添加材料，例如BETA-磷酸三钙、羟基磷灰石或珊瑚等。本发明还提供了采用3D打印技术制备该种医用聚己内酯膜片的方法。该种膜片可应用于骨组织工程领域中，使用该医用聚己内酯膜片包裹骨缺损部位后再进行骨缺损的修复，可起到包围和保护骨缺损部位、减少干细胞流失、阻止周围纤维组织长入和引导骨再生的作用。

Description

一种医用聚己内酯膜片及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及医用高分子材料技术领域，特别涉及一种医用聚己内酯膜片及其制备方法和应用。

背景技术

肿瘤、炎症和创伤等引起的骨损伤和骨缺损，通常通过手术植入人工替代物来达到治疗效果。但是因为损伤部位周围成纤维细胞长入速度快于损伤部位骨细胞爬行替代速度，以及损伤部位炎症反应的存在，结缔组织占据骨缺损修复部位阻碍新生骨的生长和形成，进而导致修复效果参差不齐。

引导骨再生(Guided Bone Regeneration)，是一种通过使用膜在软组织和骨组织间形成间隔，进而起到阻挡纤维细胞占位，并提供骨细胞爬行修复空间来达到骨缺损修复作用的技术。

目前临床上使用的引导骨再生膜材料包括不可吸收的钛合金，聚四氟乙烯等，以及可降解的PLA，PLGA，PCL等。目前在骨组织工程领域，使用PCL材料作为引导骨再生膜的报道较少，而对PCL材料的制备技术，大多为静电纺丝技术，但通过该方法制备的PCL聚己内酯材料存在抗拉伸能力较差，膜片孔径不可控等缺点。

3D打印技术，是一种快速成型技术，以计算机辅助设计模型为基础，通过逐层打印的方式实现构造物体的技术。使用3D打印熔融快速成型技术制备引导骨再生膜还未见相关报道。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种医用聚己内酯膜片。

本发明的另一个目的在于提供该种医用聚己内酯膜片的制备方法。

本发明的再一个目的在于提供该种医用聚己内酯膜片在骨组织工程中引导骨再生的应用。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种医用聚己内酯膜片，该膜片的组成成分包含聚己内酯，该膜片的厚度为0.5～2毫米，该膜片为平面网状结构且所述平面网状结构的网孔孔径为100～300微米，可选地，上述平面网状结构的网孔形状可为长方形、菱形、正方形或三角形等。

聚已内酯(PCL)是一种具有良好生物相容性的材料，其同时为生物可降解材料并且降解速度较慢，其材料本身还兼具一定的力学拉伸强度。本发明的实施方式所提供的聚己内酯膜片的厚度为0.5～2毫米，该厚度有利于材料的快速降解，减少材料在体内的滞留时间；此外，其平面网状结构有利于与其他成骨因子如BMP、VEGF等进行复合，并增大与骨缺损包裹部位的接触面积；最后，其平面网状结构的网孔孔径为100～300微米，保证了可进一步与体内组织液交换通透，但同时也能起到阻止周围肌纤维长入的作用。

优选地，本发明的实施方式所提供的医用聚己内酯膜片的组成成分还包含复合添加材料，按质量百分含量计，该膜片中含有80～100％的聚己内酯和0～20％的复合添加材料。优选地，本发明的实施方式所提供的医用聚己内酯膜片中，复合添加材料为BETA-磷酸三钙、羟基磷灰石或珊瑚。复合添加材料在本发明的医用聚己内酯膜片中的作用是：BETA-磷酸三钙和羟基磷灰石或珊瑚这些主要成分为无机含钙材料，本身具有促进成骨细胞成骨表达的作用，添加入这些复合添加材料可以提高本发明的聚己内酯膜片与成骨细胞爬行结合的能力，进一步促进成骨。

进一步地，本发明的实施方式还提供上述医用聚己内酯膜片的制备方法，所述方法为3D熔融挤压快速成型法。

具体来说，上述3D熔融挤压快速成型法包含以下步骤：

(1)将医用聚己内酯颗粒和复合添加材料混合均匀，得到3D打印原料，加入3D熔融快速打印机的成型腔内；按质量百分含量计，所述3D打印原料中含有80～100％的聚己内酯和0～20％的复合添加材料；

(2)在计算机上建立待打印膜片的图形文件，所述待打印膜片的图形文件中，膜片的厚度为0.5～2毫米，膜片为平面网状结构且平面网状结构的网孔孔径为100～300微米；

(3)将所述待打印膜片的图形文件输入3D熔融快速打印机中，并对打印参数进行设置，进行3D打印，得到所述医用聚己内酯膜片。

优选地，本发明的实施方式所提供的医用聚己内酯膜片的制备方法中，3D打印原料中所加入的复合添加材料为BETA-磷酸三钙、羟基磷灰石或珊瑚。

上述采用3D打印技术制备本发明的医用聚己内酯膜片的方法操作简便、且制备速度较快，通过计算机辅助设计模型的步骤确保了可精准控制所制备的膜片结构，包括膜片厚度和膜片内部纤维的孔径等，从而顺利得到本发明的医用聚己内酯膜片。

更进一步地，本发明的实施方式还提供上述医用聚己内酯膜片在骨组织工程中引导骨再生的应用。

具体地，上述医用聚己内酯膜片在骨组织工程中引导骨再生的应用，即是以所述医用聚己内酯膜片对骨缺损部位包裹，然后对骨缺损部位进行修复。而对骨缺损部位进行修复的方法为：(1)支架修复和预血管化：在骨缺损部位构建组织工程骨支架，并进行预血管化；(2)骨组织工程种子细胞后植:将成骨诱导后的种子细胞植入所述骨缺损部位的组织工程骨支架内；且所述步骤(2)骨组织工程种子细胞后植在所述步骤(1)支架修复和预血管化的7～14天后进行。

上述列举的对骨缺损修复的方法为一种“后植成骨”修复方案，第一步在骨缺损部位构建组织工程骨支架并进行预血管化；第一步进行完7～14天之后，进行第二步，即对骨缺损部位注射成骨诱导后的种子细胞来进行成骨诱导。该种“后植成骨”方案中，让组织工程骨支架在体内预构好微血管后，再将种子细胞植入支架内，一方面可以避免手术初期的炎症反应杀死种子细胞，另一方面也可与预构的微血管互相促进，提高种子细胞生存率，不断成骨。而在进行步骤(1)支架修复与预血管化之前，先对骨缺损部位包裹本发明的医用聚己内酯膜片：一方面，该聚己内酯膜片可起到包围骨缺损部位的作用，成骨诱导后的种子细胞再植入骨缺损部位后，减少因为注入载体的流动而导致干细胞的流失，提高了种子细胞的利用率；另一方面，该种聚己内酯膜片有较好的强度，能阻止周围纤维组织的长入，减少因为纤维组织占位而引起的骨不连可能性，达到引导骨再生的作用；再一方面，聚己内酯膜片属于惰性材料，与骨缺损部位接触后不会引起炎症反应，此外其在X光照射下不显影，不会影响对实验效果的观察比较；同时膜片的包裹起到类似于骨板的内固定作用，对于非承重骨可以较好的保持解剖复位。

附图说明

附图1是实施例1中的医用聚己内酯膜片的微观显示图；

附图2是实施例2中的医用聚己内酯膜片的微观显示图；

附图3是实施例3中的医用聚己内酯膜片的微观显示图；

附图4是实施例6中的包裹膜片后植组在进行种子细胞后植时的影像学检查图；

附图5是实施例6中的包裹膜片后植组在种子细胞后植2个月后的影像学检查图；

附图6是实施例6中的对照后植组在进行种子细胞后植时的影像学检查图；

附图7是实施例6中的对照后植组在种子细胞后植2个月后的的影像学检查图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

实施例1

本发明的第一实施方式所涉及的医用聚己内酯膜片，其微观显示图如附图1所示。该医用聚己内酯膜片的成分为聚己内酯，膜片厚度为0.6毫米，此外，该医用聚己内酯膜片为平面网状结构，且平面网状结构的网孔均匀分布，本实施方式中的平面网状结构的网孔形状为正方形，正方形的边长为200微米。

实施例2

本发明的第二实施方式所涉及的医用聚己内酯膜片，其微观显示图如附图2所示，按质量百分含量计，该医用聚己内酯膜片的组成成分为80％的聚己内酯和20％的BETA-磷酸三钙，该医用聚己内酯膜片的厚度为2毫米，该医用聚己内酯膜片为平面网状结构，且平面网状结构的网孔均匀分布，本实施方式中的平面网状结构的网孔形状为菱形，菱形的边长为100微米。

实施例3

本发明的第三实施方式所涉及的医用聚己内酯膜片，其微观显示图如附图3所示。按质量百分含量计，该医用聚己内酯膜片的组成成分为90％的聚己内酯和10％的羟基磷灰石，该医用聚己内酯膜片的厚度为1毫米，该医用聚己内酯膜片为平面网状结构，且平面网状结构的网孔均匀分布，本实施方式中的平面网状结构的网孔形状为长方形，长方形的长为200微米，宽为150微米。

实施例4制备实施例

1)将医用级PCL颗粒作为3D打印原料加入3D熔融快速打印机的成型腔内；

2)在计算机上导入CAD设计平面网状结构的图形设计文件(膜片厚度0.6mm，且平面网状结构的网孔形状为正方形，正方形的边长为200微米)；

3)将熔融腔温度升到120摄氏度；

4)校准喷头挤出速率在1.2mm/s，喷头行走速度在1.5cm/s；

5)调整3D打印机喷嘴距离打印板距离至0.6mm；

6)设置行走路线起始点；

7)开始打印成型60mm*60mm的PCL膜片，制备得到实施例1中的医用聚己内酯膜片。

实施例5制备实施例

1)将医用级PCL颗粒和BETA-磷酸三钙混合均匀，得到3D打印原料，其中医用级PCL颗粒的质量百分含量为80％，BETA-磷酸三钙的质量百分含量为20％，将上述得到的3D打印原料加入3D熔融快速打印机的成型腔内；

2)在计算机上导入CAD设计平面网状结构的图形设计文件(膜片厚度2mm，且平面网状结构的网孔形状为菱形，菱形的边长为100微米)；

3)将熔融腔温度升到120摄氏度；

4)校准喷头挤出速率在1.2mm/s,喷头行走速度在1.5cm/s；

5)调整3D打印机喷嘴距离打印板距离至0.6mm；

6)设置行走路线起始点；

7)开始打印成型80mm*80mm的PCL膜片，制备得到实施例2中的医用聚己内酯膜片。

实施例6应用实施例

一.建立动物模型

由于兔桡骨模型作为原位骨缺损模型已在各类文献报道较多，据报道1.5cm缺损为临界缺损，且动物成本较经济。因此选取成年雄性大白兔，5月龄，桡骨1.5cm缺损做为本实验动物模型。

二.实验分组

包裹膜片后植组：先对兔桡骨骨缺损部位包裹实施例4制备的医用聚己内酯膜片，然后进行骨缺损修复后植方案；

对照后植组：不对兔桡骨骨缺损部位包裹膜片，直接进行骨缺损修复后植方案。

上述两个实验组所进行的骨缺损修复后植方案的步骤相同，见下文(三.后植方案具体实验步骤所记载)。

三.后植方案具体实验步骤：

1、首先制备PCL聚己内酯支架材料：

(1)取聚己内酯原料15克，作为3D打印原材料。

(2)先通过计算机建模软件建立几何模型：设计为内部呈蜂窝状立体结构，且内部形成直径为0.5mm的孔隙，最后生成STL格式文件。

(3)打印实体模型：将上述得到的STL格式文件输入到3D打印机中，对打印参数根据需要进行设置，包括喷头行走路径、熔融温度和挤压速度等，然后打印出三维模型，即得到呈蜂窝状立体结构且内部形成直径为0.5mm的孔隙的聚己内酯支架材料。

2、支架修复和预血管化：

将3million未诱导的骨髓间充质干细胞(BMSC)与0.5毫升质量浓度为1.5％的藻酸钠溶液(Alginate)混合以后，滴加在1.5cm*0.3cm*0.5m上一步中制备得到的蜂窝状立体结构PCL聚己内酯支架材料上，再以100mM氯化钙水溶液浸泡使其交联2分钟成胶，然后植入骨缺损部位。

3、骨组织工程种子细胞后植：

14天后待炎症反应消退，血管长入时，在截断缺损前中后，分三次，在骨缺损部位的前、中、后分别注射经过7～14天成骨诱导后的BMSC+pbs水溶液。

四.实验结果：

附图4和附图5分别为包裹膜片后植组在进行种子细胞后植时、种子细胞后植2个月后的X光影像图；附图6和附图7为对照后植组在进行种子细胞后植时、种子细胞后植2个月后的X光影像图。

从附图5和附图7的对比中可以看到：包裹后植组的兔桡骨缺损部位有明显的新生骨形成，在种子细胞植入部位形成了外形均一的骨组织，且能保持解剖结构稳定，极少出现骨折，成骨成功率比不包裹PCL复合膜的对照后植组有明显提高。验证了实施例4制备的医用聚己内酯膜片在骨组织工程中引导骨再生方面的作用。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种医用聚己内酯膜片，其特征在于：所述膜片的组成成分包含聚己内酯，所述膜片的厚度为0.5～2毫米，所述膜片为平面网状结构且所述平面网状结构的网孔孔径为100～300微米。

2.根据权利要求1所述的医用聚己内酯膜片，其特征在于，所述网孔的形状为长方形、菱形、正方形或三角形。

3.根据权利要求1所述的医用聚己内酯膜片，其特征在于，所述膜片的组成成分还包含复合添加材料，按质量百分含量计，所述膜片中含有80～100％的聚己内酯和0～20％的复合添加材料。

4.根据权利要求3所述的医用聚己内酯膜片，其特征在于，所述复合添加材料为BETA-磷酸三钙、羟基磷灰石或珊瑚。

5.制备权利要求1至4中的任一项所述的医用聚己内酯膜片的方法，其特征在于，所述方法为3D熔融挤压快速成型法。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述3D熔融挤压快速成型法包含以下步骤：

(1)将医用聚己内酯颗粒和复合添加材料混合均匀，得到3D打印原料，加入3D熔融快速打印机的成型腔内；按质量百分含量计，所述3D打印原料中含有80～100％的聚己内酯和0～20％的复合添加材料；

(2)在计算机上建立待打印膜片的图形文件，所述待打印膜片的图形文件中，膜片的厚度为0.5～2毫米，膜片为平面网状结构且所述平面网状结构的网孔孔径为100～300微米；

(3)将所述待打印膜片的图形文件输入3D熔融快速打印机中，并对打印参数进行设置，进行3D打印，得到所述医用聚己内酯膜片。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述复合添加材料为BETA-磷酸三钙、羟基磷灰石或珊瑚。

8.权利要求1至4中的任一项所述的医用聚己内酯膜片在骨组织工程中引导骨再生的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，以所述医用聚己内酯膜片对骨缺损部位包裹，然后对骨缺损部位进行修复。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述对骨缺损部位进行修复的方法为：

(1)支架修复和预血管化：在骨缺损部位构建组织工程骨支架，并进行预血管化；

(2)骨组织工程种子细胞后植:将成骨诱导后的种子细胞植入所述骨缺损部位的组织工程骨支架内；

且所述步骤(2)骨组织工程种子细胞后植在所述步骤(1)支架修复和预血管化的7～14天后进行。