CN111345920A - 一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架及其制备方法 - Google Patents

一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架及其制备方法，所述支架包括具有不同结构、强度和降解周期的肌腱/韧带软组织区、移行区和成骨区，所述肌腱/韧带软组织区、移行区和成骨区依次一体编织成型；其中，所述肌腱/韧带软组织区为弱强度结构，所述移行区为强度适中结构，所述成骨区为加强结构；所述支架中的经纱和纬纱均为可降解纱线，所述成骨区中的纬纱中引入可降解成骨活性纱线。本发明支架经纱采用可降解纱线，纬纱采用成骨活性纱线与可降解纱线间隔配置，植入后可随着材料降解缓释成骨活性因子，该支架具有仿生的移行梯度结构，且具有优异的促腱骨愈合性能。

Description

一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医用纺织品制备技术领域，尤其涉及一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架及其制备方法。
背景技术
膝关节前十字交叉韧带(ACL)损伤的修复重建是当前关节外科和再生医学共同面对的棘手难题。前十字交叉韧带是维持膝关节稳定和功能的重要结构，由于其独特的生理位置，在体育运动过程中极易受到损伤。ACL为致密结缔组织，血管化有限，难以内源性愈合，85％的ACL损伤需要通过手术进行重建。自体移植由于无免疫排斥反应，具有良好的重建效果，为临床首选；但其存在供区并发症问题，近年来多采用同种异体移植物治疗ACL损伤，然而其来源有限且成本高昂，同时远期疗效也不理想，失败率为10-25％。人工韧带由于具有取材方便、无供区并发症、无疾病传播风险、机械强度高、早期重建效果好等明显优势，逐渐引起人们的重视；目前使用的人工韧带为LARS人工韧带，虽已于1992年开始用于临床，但由于其材料为生物惰性材料聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，不具有生物活性和组织诱导性，只是用于力学承重，10年失败率高达50％。韧带重建失败的原因多归结为重建后的结构无法再生正常的腱-骨界面及ACL-骨位点纤维软骨间良好的血液供应导致的愈合不良；或为“雨刷效应”导致的骨髓道扩大、移植物断裂失败滑膜炎、挤压螺钉松动、骨关节炎等并发症。
现有公开号为CN106362210A的中国专利公开了一种介孔生物活性玻璃/多巴胺修饰人工韧带的制备方法；通过多巴胺的自聚反应对PET人工韧带进行表明改性，然后将MBG均匀地束缚在韧带表面实现涂层效果，从而提高人工韧带的生物相容性和生物活性；该方法涂层均匀、牢固，工艺简单，操作便捷，对环境污染小，但仅能将活性成分引入材料表面，难以实现活性成分在韧带内部的均匀分布，且植入后MBG在体内一次性大量释放，不能实现依据韧带愈合过程生理需求缓释活性成分效果。
现有公开号为CN107970081A的中国专利公开了一种混合型人工韧带结构及制备方法；其为棒状三段式机织结构，两段骨隧道段由经纬纱交织而成，关节腔段仅含纬纱；纬纱包括可降解的第一纬纱与不可降解第二纬纱，第一纬纱与第二纬纱分区间隔配置；该专利可降解部分可为组织长入提供空间，不可降解部分提供永久强力支撑，但其结构仅包含软组织区域及成骨区域，未引入移行过渡区域；且成型方式为机织平布卷绕成型，非一体成型，需要二次手工加工，操作复杂；此外，其所用材料中的非降解部分，存在长期炎症反应。
目前，基于促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架的研究尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架及其制备方法，由具有不同结构、强度和降解周期的区域部分交织而成，即肌腱/韧带软组织区、移行区和成骨区；支架经纱采用不具有成骨活性可降解纱线，纬纱采用成骨活性纱线与不具有成骨活性可降解纱线间隔配置，植入后可随着材料降解缓释成骨活性因子，该支架具有仿生的移行梯度结构，且具有优异的促腱骨愈合性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
本发明一方面提供一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，所述支架包括具有不同结构、强度和降解周期的肌腱/韧带软组织区、移行区和成骨区，所述肌腱/韧带软组织区、移行区和成骨区依次一体编织成型；
其中，所述肌腱/韧带软组织区为弱强度结构，所述移行区为强度适中结构，所述成骨区为加强结构；所述支架中的经纱和纬纱均为多根纳米纤维加捻、牵拉而成的具有组织诱导性能的多级结构可降解纱线，所述成骨区中的纬纱中引入可降解成骨活性纱线。
优选的，所述成骨区中可降解成骨活性纱线与可降解纱线的股数比为100:0-50:50。
优选的，所述可降解成骨活性纱线由天然源材料和合成高分子材料通过溶液静电纺丝或熔喷静电纺丝工艺制备的多孔单丝加捻得到。
优选的，所述天然源材料为罗非鱼胶原、牛跟腱胶原、猪源胶原、明胶、蚕丝蛋白、层粘连单倍、壳聚糖、乳糖和氨糖中的一种或几种；所述合成高分子材料为P4HB、PHBV、PHA、P(LLA-CL)、PPDO、PLGA、PGA、PECL、PGCL和BPU中的一种或几种；所述可降解成骨活性纱线中的成骨成分为纳米羟基磷灰石、纳米生物玻璃、纳米钙磷陶瓷和纳米磷酸三钙中的一种或几种。
优选的，所述肌腱/韧带软组织区为平行排列经纱、条格组织、浮松组织、网目组织、透孔组织和纱罗组织中的一种或几种，其经密为200-2000根/10cm，纬密为0-200根/10cm。
优选的，所述移行区为平纹组织、斜纹组织和缎纹组织中的一种或几种，其经密为200-2000根/10cm，纬密为200-400根/10cm；所述移行区的数量为1-3段。
优选的，所述成骨区为平纹组织、多重组织和多层组织中的一种或几种，其经密为200-2000根/10cm，纬密为200-800根/10cm。
优选的，所述支架的宽度为2-10mm，其中，所述肌腱/韧带软组织区的长度为5-30mm，移行区的长度为1-2mm，成骨区的长度为5-30mm。
本发明另一方面提供促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备可降解成骨活性纱线：将天然源材料和合成高分子材料按质量比为85:15-15:85的比例混合均匀后溶解于溶剂中，即得复合纺丝液；将复合纺丝液采用溶液静电纺丝或熔喷静电纺丝工艺制得可降解成骨活性纱线；
(2)确定支架各区的组织结构；
(3)支架的制备：确定纬纱中可降解成骨活性纱线与不具有成骨活性可降解纱线的配比及排布方式，基于新型纺织多维多重数控技术，即得支架预成体，用乙醇清洗后烘干，然后利用紫外辐射、电子束或环氧乙烷灭菌，即得支架。
优选的，步骤(1)中，所述溶剂为六氟异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、甲醇、异丙醇、三氟乙酸、超纯水和乙酸水溶液中的一种或几种。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
(1)本发明的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，通过选用不同的织物组织或织物密度，获得织物结构强弱渐变的肌腱/韧带软组织区、移行区和成骨区，以在结构上模拟自体组织解剖结构，改善腱骨界面愈合效果。
(2)本发明通过在纺丝过程中引入由天然成骨活性成分制备的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，可根据愈合需求选择合适降解周期的合成高分子材料作为成骨活性成分载体，植入后随着材料的逐渐降解达到活性成分在体内的控释效果。
(3)本发明制备方法，使移行结构化纺织基支架的三个具有不同结构强度的区域一体成型，避免对三段分别成型，解决了操作步骤复杂及界面结合过渡的问题。
附图说明
图1为本发明中促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架的示意图；
图2为本发明实施例1中移行区平纹组织的局部放大图；
图3为本发明实施例1中成骨区4层组织的局部放大图；
图4为本发明实施例1中的纳米包芯的示意图；
图5为本发明实施例2中肌腱/韧带软组织区条格组织的局部放大图；
图6为本发明实施例2中移行区平纹组织的局部放大图；
图7为本发明实施例2中成骨区2层组织的局部放大图；
图8为本发明实施例3中肌腱/韧带软组织区透孔组织的局部放大图；
图9为本发明实施例3中移行区缎纹组织的局部放大图；
图10为本发明实施例3中成骨区平纹组织的局部放大图。
具体实施方式
本发明提供了一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，如图1所示，所述支架包括具有不同结构、强度和降解周期的肌腱/韧带软组织区1、移行区2和成骨区3，所述肌腱/韧带软组织区1、移行区2和成骨区3依次一体编织成型；
其中，肌腱/韧带软组织区1为弱强度结构，所述移行区2为强度适中结构，成骨区3为加强结构；支架中的经纱和纬纱均为多根纳米纤维加捻、牵拉而成的具有组织诱导性能的多级结构可降解纱线，成骨区3中的纬纱中引入可降解成骨活性纱线；成骨区3中可降解成骨活性纱线与可降解纱线的股数比为100:0-50:50。
本发明的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，通过选用不同的织物组织或织物密度，获得织物结构强弱渐变的肌腱/韧带软组织区、移行区和成骨区，以在结构上模拟自体组织解剖结构，改善腱骨界面愈合效果。
在本发明的一种实施方式中，可降解成骨活性纱线由天然源材料和合成高分子材料通过溶液静电纺丝或熔喷静电纺丝工艺制备的多孔单丝加捻得到；天然源材料为罗非鱼胶原、牛跟腱胶原、猪源胶原、明胶、蚕丝蛋白、层粘连单倍、壳聚糖、乳糖和氨糖中的一种或几种；合成高分子材料为P4HB、PHBV、PHA、P(LLA-CL)、PPDO、PLGA、PGA、PECL、PGCL和BPU中的一种或几种；所述可降解成骨活性纱线中的成骨成分为纳米羟基磷灰石、纳米生物玻璃、纳米钙磷陶瓷和纳米磷酸三钙中的一种或几种。
在本发明的一种实施方式中，肌腱/韧带软组织区1为平行排列经纱、条格组织、浮松组织、网目组织、透孔组织和纱罗组织中的一种或几种，其经密为200-2000根/10cm，纬密为0-200根/10cm；移行区2为平纹组织、斜纹组织和缎纹组织中的一种或几种，其经密为200-2000根/10cm，纬密为200-400根/10cm；移行区2的数量为1-3段；成骨区3为平纹组织、多重组织和多层组织中的一种或几种，其经密为200-2000根/10cm，纬密为200-800根/10cm。
在本发明的一种实施方式中，支架的宽度为2-10mm，其中，所述肌腱/韧带软组织区1的长度为5-30mm，移行区2的长度为1-2mm，成骨区3的长度为5-30mm。
本发明还提供了上述促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备可降解成骨活性纱线：将天然源材料和合成高分子材料按质量比为85:15-15:85的比例混合均匀后溶解于溶剂中，即得复合纺丝液；将复合纺丝液采用溶液静电纺丝或熔喷静电纺丝工艺制得可降解成骨活性纱线；
(2)确定支架各区的组织结构；
(3)支架的制备：确定纬纱中可降解成骨活性纱线与不具有成骨活性可降解纱线的配比及排布方式，基于新型纺织多维多重数控技术，即得支架预成体，用乙醇清洗后烘干，然后利用紫外辐射、电子束或环氧乙烷灭菌，即得支架。
在本发明的一种实施方式中，上述溶剂为六氟异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、甲醇、异丙醇、三氟乙酸、超纯水和乙酸水溶液中的一种或几种。
本发明通过在纺丝过程中引入由天然成骨活性成分制备的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，可根据愈合需求选择合适降解周期的合成高分子材料作为成骨活性成分载体，植入后随着材料的逐渐降解达到活性成分在体内的控释效果。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架的制备：
所述促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架依次包括一体编织成型的成骨区13、移行区12和肌腱/韧带软组织区11。
支架各区的组织结构：如图2-3所示，肌腱/韧带软组织区11为弱强度结构，其织物组织采用平行排列经纱结构，经密为1000根/10cm，纬密为0根/10cm；移行区12为强度适中结构，其织物组织采用平纹组织，经密为1000根/10cm，纬密为200根/10cm；成骨区13为加强结构，其织物组织采用4层组织，经密为1000根/10cm，纬密为400根/10cm。
在本实施例中，支架中的经纱和纬纱均为不具有成骨活性的可降解纱线，成骨区13中的纬纱中引入可降解成骨活性纱线。如图4所示，本实施例成骨区13中的纬纱为牛跟腱胶原/PLGA/纳米羟基磷灰石复合纳米纤维包芯纱线，其具体制备方法为：将牛跟腱胶原与PLGA、纳米羟基磷灰石材料按质量比50:45:5的比例混合均匀后溶解于六氟异丙醇溶液，即得可降解成骨活性纱线纺丝液，将可降解成骨活性纱线纺丝液分别与正负极针头连接，将PPDO普通可降解纱线作为增强芯穿过束线器，预先缠绕在接受辊上，然后在正负极针头上接上高压电源进行静电纺丝，复合纳米纤维被收集到金属漏斗上后，再被缠绕在作为增强芯的PPDO普通可降解纱线上，即得牛跟腱胶原/PLGA/纳米羟基磷灰石复合纳米纤维包芯纱线。
具体制备步骤如下：
S1：制备牛跟腱胶原/PLGA/纳米羟基磷灰石复合纳米纤维包芯纱线；
S2：确定支架各区的组织结构；
S3：支架的制备：成骨区13的纬纱采用经S1制得的牛跟腱胶原/PLGA/纳米羟基磷灰石复合纳米纤维包芯纱线，其余经纱和纬纱均采用PPDO纱线，根据S2确定的支架各区的组织结构，基于新型纺织多维多重数控技术纺织，即得支架预成体；用质量浓度为75％的乙醇清洗后在37℃条件下烘干，然后利用紫外辐射、电子束或环氧乙烷灭菌处理24h，即得支架。
所制得的支架，其宽度为10mm，其中，肌腱/韧带软组织区11的长度为20mm，移行区12的长度为1.5mm，成骨区13的长度为30mm。
实施例2
一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架的制备：
所述促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架依次包括一体编织成型的成骨区23、移行区22和肌腱/韧带软组织区21。
支架各区的组织结构：如图5-7所示，肌腱/韧带软组织区21为弱强度结构，其织物组织采用条格组织，经密为1000根/10cm，纬密为100根/10cm；移行区22为强度适中结构，其织物组织采用平纹组织，经密为1000根/10cm，纬密为300根/10cm；成骨区23为加强结构，其织物组织采用2层平纹组织，经密为1000根/10cm，纬密为600根/10cm。
在本实施例中，支架中的经纱和纬纱均为不具有成骨活性的可降解纱线，成骨区23中的纬纱为可降解成骨活性纱线。如图7所示，本实施例成骨区23中的纬纱为壳聚糖/PLGA/纳米钙磷陶瓷复合纳米纤维纱线，其具体制备方法为：将壳聚糖与PLGA、纳米钙磷陶瓷材料按质量比45:50:5的比例混合均匀后溶解于体积比为4:0.5:0.5的N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、1％乙酸水混合溶剂中，即得复合纺丝液，将复合纺丝液分别与正负极针头连接，然后在正负极针头上接上高压电源进行静电纺丝，复合纳米纤维被收集到金属漏斗上后，再被缠绕在收集装置上制得到壳聚糖/PLGA/纳米钙磷陶瓷复合纳米纤维纱线。
具体制备步骤如下：
S1：制备壳聚糖/PLGA/纳米钙磷陶瓷复合纳米纤维纱线；
S2：确定支架各区的组织结构；
S3：支架的制备：成骨区23的纬纱采用经S1制得的壳聚糖/PLGA/纳米钙磷陶瓷复合纳米纤维纱线，其余经纱和纬纱均采用PHA纱线，根据S2确定的支架各区的组织结构，基于新型纺织多维多重数控技术纺织，即得支架预成体；用质量浓度为75％的乙醇清洗后在37℃条件下烘干，然后利用环氧乙烷灭菌处理24h，即得支架。
所制得的支架，其宽度为3mm，其中，肌腱/韧带软组织区21的长度为5mm，移行区22的长度为1.5mm，成骨区23的长度为5mm。
实施例3
一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架的制备：
所述促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架依次包括一体编织成型的成骨区33、移行区32和肌腱/韧带软组织区31。
支架各区的组织结构：如图8-10所示，肌腱/韧带软组织区31为弱强度结构，其织物组织采用透孔组织，经密为1000根/10cm，纬密为100根/10cm；移行区32为强度适中结构，其织物组织采用缎纹组织，经密为1000根/10cm，纬密为300根/10cm；成骨区33为加强结构，其织物组织采用平纹组织，经密为1000根/10cm，纬密为600根/10cm。
在本实施例中，支架中的经纱和纬纱均为不具有成骨活性的可降解纱线，成骨区33中的纬纱为可降解成骨活性纱线。如图10所示，本实施例成骨区33中的纬纱为熔喷静电纺丝纱线，其具体制备方法为：将猪源胶原与P(LLA-CL)、纳米磷酸三钙材料按质量比20:75:5的比例混合均匀后50℃，即得复合纺丝液，将复合纺丝液进行50℃熔喷静电纺丝得直径为15μm的单丝，每25根单丝进一步加捻得到纱线。
具体制备步骤如下：
S1：制备熔喷纺丝纱线；
S2：确定支架各区的组织结构；
S3：支架的制备：成骨区33的纬纱采用经S1制得的熔喷纺丝纱线，其余经纱和纬纱均采用PGCL纱线，根据S2确定的支架各区的组织结构，基于新型纺织多维多重数控技术纺织，即得支架预成体；用质量浓度为75％的乙醇清洗后在37℃条件下烘干，然后利用紫外辐射、电子束或环氧乙烷灭菌处理24h，即得支架。
所制得的支架，其宽度为3mm，其中，肌腱/韧带软组织区31的长度为5mm，移行区32的长度为1.5mm，成骨区33的长度为5mm。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，其特征在于，所述支架包括具有不同结构、强度和降解周期的肌腱/韧带软组织区(1)、移行区(2)和成骨区(3)，所述肌腱/韧带软组织区(1)、移行区(2)和成骨区(3)依次一体编织成型；
其中，所述肌腱/韧带软组织区(1)为弱强度结构，所述移行区(2)为强度适中结构，所述成骨区(3)为加强结构；所述支架中的经纱和纬纱均为多根纳米纤维加捻、牵拉而成的具有组织诱导性能的多级结构可降解纱线，所述成骨区(3)中的纬纱中引入可降解成骨活性纱线。
2.根据权利要求1所述的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，其特征在于，所述成骨区(3)的纬纱中可降解成骨活性纱线与可降解纱线的股数比为100:0-50:50。
3.根据权利要求1所述的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，其特征在于，所述可降解成骨活性纱线由天然源材料和合成高分子材料通过溶液静电纺丝或熔喷静电纺丝工艺制备的多孔单丝加捻得到。
4.根据权利要求3所述的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，其特征在于，所述天然源材料为罗非鱼胶原、牛跟腱胶原、猪源胶原、明胶、蚕丝蛋白、层粘连单倍、壳聚糖、乳糖和氨糖中的一种或几种；所述合成高分子材料为P4HB、PHBV、PHA、P(LLA-CL)、PPDO、PLGA、PGA、PECL、PGCL和BPU中的一种或几种；所述可降解成骨活性纱线中的成骨成分为纳米羟基磷灰石、纳米生物玻璃、纳米钙磷陶瓷和纳米磷酸三钙中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，其特征在于，所述肌腱/韧带软组织区(1)为平行排列经纱、条格组织、浮松组织、网目组织、透孔组织和纱罗组织中的一种或几种，其经密为200-2000根/10cm，纬密为0-200根/10cm。
6.根据权利要求1所述的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，其特征在于，所述移行区(2)为平纹组织、斜纹组织和缎纹组织中的一种或几种，其经密为200-2000根/10cm，纬密为200-400根/10cm；所述移行区(2)的数量为1-3段。
7.根据权利要求1所述的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，其特征在于，所述成骨区(3)为平纹组织、多重组织和多层组织中的一种或几种，其经密为200-2000根/10cm，纬密为200-800根/10cm。
8.根据权利要求1所述的的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架，其特征在于，所述支架的宽度为2-10mm，其中，所述肌腱/韧带软组织区(1)的长度为5-30mm，移行区(2)的长度为1-2mm，成骨区(3)的长度为5-30mm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备可降解成骨活性纱线：将天然源材料和合成高分子材料按质量比为85:15-15:85的比例混合均匀后溶解于溶剂中，即得复合纺丝液；将复合纺丝液采用溶液静电纺丝或熔喷静电纺丝工艺制得可降解成骨活性纱线；
(2)确定支架各区的组织结构；
(3)支架的制备：确定纬纱中可降解成骨活性纱线与不具有成骨活性可降解纱线的配比及排布方式，基于新型纺织多维多重数控技术，即得支架预成体，用乙醇清洗后烘干，然后利用紫外辐射、电子束或环氧乙烷灭菌，即得支架。
10.根据权利要求9所述的促进腱骨愈合的移行结构化纺织基支架的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂为六氟异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、甲醇、六氟异丙醇、三氟乙酸、超纯水和乙酸水溶液中的一种或几种。
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