CN113171496A - 一种具有定向药物缓释功能的多孔pcl/胶原人工骨膜及其制备方法 - Google Patents

一种具有定向药物缓释功能的多孔pcl/胶原人工骨膜及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113171496A
CN113171496A CN202110525762.3A CN202110525762A CN113171496A CN 113171496 A CN113171496 A CN 113171496A CN 202110525762 A CN202110525762 A CN 202110525762A CN 113171496 A CN113171496 A CN 113171496A
Authority
CN
China
Prior art keywords
collagen
pcl
periosteum
artificial periosteum
chitosan
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
Application number
CN202110525762.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113171496B (zh
Inventor
郭征
王宁
李小康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Force Medical University of PLA
Original Assignee
Air Force Medical University of PLA
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Force Medical University of PLA filed Critical Air Force Medical University of PLA
Priority to CN202110525762.3A priority Critical patent/CN113171496B/zh
Publication of CN113171496A publication Critical patent/CN113171496A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113171496B publication Critical patent/CN113171496B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/20—Polysaccharides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/22—Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/227—Other specific proteins or polypeptides not covered by A61L27/222, A61L27/225 or A61L27/24
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
    • A61L27/48—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with macromolecular fillers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
    • A61L2300/252—Polypeptides, proteins, e.g. glycoproteins, lipoproteins, cytokines
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/412—Tissue-regenerating or healing or proliferative agents
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/60—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a special physical form
    • A61L2300/62—Encapsulated active agents, e.g. emulsified droplets
    • A61L2300/622—Microcapsules

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

一种具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜及其制备方法，所制备的PCL/胶原人工骨膜，具有与自然骨膜相似的拉伸强度以及药物(细胞因子，外泌体)定向释放功能，同时此骨膜具有与自然骨膜相似的立体结构，外层为PCL膜，内层在外层下，靠近骨表面，由PCL和胶原两种材料交替打印而成。人工骨膜的拉伸强度：0.1～40MPa，降解时间为4‑24个月。本发明的多孔PCL/胶原人工骨膜与自然骨膜的多层立体结构以及拉伸强度相似。PCL/胶原人工骨膜外层是致密的疏水PCL层，可以通过毛细作用促进药物向内侧释放，又可以防止结缔软组织长入骨组织内部，降低骨形成，内层胶原负载的药物可以缓慢释放到骨缺损部位，促进骨损伤部位骨形成同时诱导骨膜内成骨和膜内血管形成。

Description

一种具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜及其制 备方法
技术领域
本发明属于骨缺损以及骨折等骨修复领域，具体涉及一种具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜及其制备方法。
背景技术
创伤导致的骨缺损愈合不良是目前骨科临床领域中面临的重大难题，导致骨缺损愈合不良的因素繁多，机制复杂，因此如何加速骨愈合速度成为了目前研究的热点。影响骨修复愈合的因素很多，机制复杂，例如糖尿病能够促进间充质干细胞，成骨细胞产生炎性因子，ROS和AGE等因子，激活caspases等凋亡信号通路，从而降低间充质干细胞和成骨细胞的增殖能力和成骨活性，提高脂肪细胞和破骨细胞的活性，从而导致骨修复延缓，骨愈合不良等问题。
目前临床上用来治疗大段骨缺损的方法有自体骨移植、异体骨移植和人工骨移植等。无论如何治疗，骨膜的损伤都会导致骨缺损修复延缓，因此如何修复骨损伤部位的骨膜结构成为了目前临床中面临的重要问题。
外泌体(Exosome,Exos)是由哺乳动物细胞分泌的具有磷脂膜结构的囊泡。Exos含有三种主要成分，分别为脂类，蛋白类和核酸类。研究发现，很多细胞都可以分泌 Exos，同时表达母细胞蛋白和核酸。近年来，越来越多的研究关注Exos miRNA对于骨代谢的影响。研究发现，成骨细胞、成骨前体细胞、破骨细胞、破骨前体细胞和BMSCs 等都可以分泌ExosmiRNA，调控骨重建平衡。例如，当成骨前体细胞MC3T3-E1矿化时，Exos中的miR-30d-5p、miR-133b-3p、miR-140-3p、miR-335-3p、miR-378b和 miR-677-3p表达增高，调控Runx-2、BMP-2、Wnt、PI3K-Akt和AXIN1等蛋白的表达，促进成骨细胞分化。BMSCs源Exos可以促进血管形成和受损组织修复，促进骨形成。有研究报道，BMSCs源Exos miRNA-122-5p能够促进BMSCs向成骨细胞分化，提高 runx-2和osterix等成骨蛋白的表达。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够促进骨形成的生物可降解高弹性的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的制备方法如下：
1)采用乳化交联法制备载有促骨形成药物、细胞因子或外泌体的壳聚糖微球
首先，取100mg～1500mg壳聚糖粉末溶于8～75ml体积浓度为1～5％的醋酸溶液中，超声离散使壳聚糖完全溶解得到均质的壳聚糖溶液；
于50ml～300ml的液体石蜡中加入司盘80，磁力搅拌机搅拌均匀，形成体积浓度为1％-5％的司盘80的液体石蜡溶液；
之后将壳聚糖溶液滴加到液体石蜡溶液中磁力搅拌均匀后加入50μl～2000μl的京尼平继续搅拌使壳聚糖发生交联，随后静置待沉淀析出；
最后，将沉淀用石油醚、无水乙醇反复漂洗，抽滤，冷冻干燥，得到壳聚糖微球，60Co照射灭菌后密封避光-80℃保存；
按照壳聚糖微球：促骨形成药物、细胞因子或外泌体质量比为5：1～30：1向含有促骨形成药物、细胞因子或外泌体的培养基中加入壳聚糖微球，震荡过夜，得到吸附率为80％-85％的载有促骨形成药物、细胞因子或外泌体的壳聚糖微球；
2)多孔载促骨形成药物、细胞因子或外泌体PCL/胶原人工骨膜的的制备
制备的PCL/胶原人工骨膜：将人工骨模型数据输入3D打印设备中，按人工骨模型首先打印厚度(TH1)为0.1-2mm，孔径为1-100μm，孔隙率为10-30％的PCL外层膜；其次，将载有促骨形成药物、细胞因子或外泌体的壳聚糖微球与胶原按1：30-1： 100的质量比混合均匀，按人工骨模型通过高低温双喷头交替打印含有壳聚糖微球的胶原丝材和PCL丝材组成的厚度(TH2)为0.1-2mm，孔径为50-500μm，孔隙率为40-60％的内层得到具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜。
所述步骤1)的壳聚糖采用分子量为50000～190000Da，脱乙酰度为75～85％的医用低分子量壳聚糖。
所述步骤1)将壳聚糖溶液滴加到液体石蜡溶液中以800-1500rpm/min的转速磁力搅拌1-3h。
所述步骤1)加入京尼平后搅拌在室温下搅拌1h～4h。
所述步骤1)壳聚糖微球冷冻干燥时间为24h～72h。
所述步骤1)的促骨形成的药物采用甲状旁腺激素、氟化物、生长激素或他汀类药物；
细胞因子为BMP-2或VEGF；
外泌体来源为间充质干细胞、成骨细胞、破骨细胞和脂肪干细胞，且外泌体表面可进行修饰或改变囊泡内的基因表达，满足外泌体的靶向性以及提高或者降低某一基因的表达。
所述PCL、胶原采用医疗级材料，整个人工骨膜打印在GMP车间中进行。
采用以上制备方法制成的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜，该人工骨膜由致密且疏水的PCL外层和含有负载促骨形成药物、细胞因子或外泌体的壳聚糖微球的胶原与PCL丝材交替打印的内层共同打印而成。
该人工骨膜具有与自然骨膜相似的0.1～40MPa的拉伸膜量。
该人工骨膜胶原中的促骨形成药物、细胞因子或外泌体释放后，由于外模孔径小，且材料疏水，通过毛细管作用，阻止药物向外膜释放，提高促骨形成药物、细胞因子或外泌体作用效果。
由于本发明可以根据不同缺损患者的机体修复环境，负载特异性的促骨形成的药物、细胞因子或外泌体加速不同类型骨缺损的修复。
通过将聚己酸内酯(polycaprolactone,PCL)和磷酸三钙(tricalciumphosphate,TCP) 混合3D打印，构建具有与自然骨机械强度相当的可降解多孔椎间融合器，且在9-12 个月时实现羊颈椎间融合修复。因此在本发明中，我们根据骨膜的微观结构，通过分析其组成和作用，通过3D打印的方式模拟骨膜的微观结构，同时通过赋予人工骨膜一定的生物活性，模拟骨膜的促骨形成功能，创造性的构建外层为纯PCL致密层，内层带有生物活性因子的胶原/PCL疏松层。
进一步的药物可采用甲状旁腺激素、氟化物、生长激素或他汀类药物等，细胞因子可为BMP-2，VEGF等，根据骨缺损患者的特点可特异性定制。例如糖尿病患者由于高血糖导致的间充质干细胞增殖分化缓慢，而本发明前期的研究发现Exendin-4具有较强的诱导成骨作用，可以显著提高间充质干细胞向成骨细胞分化，同时提高间充质干细胞转移至骨吸收表面，发挥成骨作用，不仅如此，Exendin-4可以促进骨微血管的生成和骨髓巨噬细胞的抗炎因子的分泌，为骨缺损尤其是2型糖尿病患者的骨缺损提供一种理想的修复材料，解决糖尿病患者骨缺损愈合不良的临床难题。
本发明制备的人工骨模具有生物活性和一定拉伸模量，此骨膜能够定向释放促进骨形成药物(细胞因子，外泌体)，促进和诱导膜内成骨过程，达到骨缺损修复的目的。本发明制备的PCL/胶原人工骨膜，外层采用纯PCL打印，内层为PCL/壳聚糖/胶原丝材交替打印，壳聚糖微球发挥药物(细胞因子，外泌体)缓释作用，释放促进骨形成药物(因子)，从而促进骨形成。本发明制备的负载药物(细胞因子，外泌体) 的多孔PCL/胶原人工骨膜具有与自然骨膜相近的拉伸模量，多孔结构及其内部的壳聚糖微球能够缓释促骨形成的药物(细胞因子，外泌体)，加速骨缺损处膜内成骨过程，解决了骨愈合时间长以及愈合不良等问题，为骨缺损患者的骨愈合不良提供理想的治疗方法。
附图说明
图1为本发明实施例的剖视图；
图2为图1的俯视图；
图3为复合壳聚糖微球后的示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
1)采用乳化交联法制备载有促骨形成药物、细胞因子或外泌体的壳聚糖微球
首先，取100mg～1500mg壳聚糖粉末溶于8～75ml体积浓度为1～5％的稀醋酸溶液中，超声离散使壳聚糖完全溶解得到均质的壳聚糖溶液；于50ml～300ml的液体石蜡中加入司盘80，磁力搅拌机搅拌均匀，形成体积浓度为1％-5％的司盘80的液体石蜡溶液。之后将壳聚糖溶液缓慢滴加到液体石蜡混合液中，磁力搅拌1-3h，搅拌速度为800-1500rpm/min，随后加入50μl～2000μl的京尼平，使壳聚糖发生交联，滴加完毕后继续室温下搅拌1h～4h，随后静置待沉淀析出；最后，将沉淀用石油醚、无水乙醇反复漂洗，抽滤，冷冻干燥，得到壳聚糖微球，60Co照射灭菌后密封避光-80℃保存。按照壳聚糖微球：促骨形成药物、细胞因子或外泌体质量比为5：1～30：1向含有促骨形成药物、细胞因子或外泌体的培养基中加入壳聚糖微球，震荡过夜，促骨形成药物、细胞因子或外泌体吸附率可达到80％-85％。
2)多孔载药(细胞因子，外泌体)PCL/胶原人工骨膜的的制备
采用医疗级PCL、胶原、壳聚糖材料制备人工骨膜，整个人工骨膜打印过程在 GMP车间中开展。制备的PCL/胶原人工骨膜：将模型数据输入3D打印设备中，按人工骨模型首先打印PCL外层膜，厚度(TH1)为0.1-2mm，孔径1-100μm，孔隙率 10-30％；其次，将载有促骨形成药物、细胞因子或外泌体的壳聚糖微球与胶原按1： 30-1：100的质量比混合均匀；按人工骨模型通过高低温双喷头交替打印胶原丝材和 PCL丝材组成的内层，厚度(TH2)为0.1-2mm，孔径50-500μm，孔隙率40-60％的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜。
本实施例为如图1，图2和图3所示的PCL/胶原人工骨膜，规格为：长(L)： 10mm-200mm，厚度(TH)：0.2-4mm，宽(W)：10mm-200mm，外膜平均孔间距(D1)： 1-100μm，内膜平均孔间距(D2)：50-500μm。抗拉伸强度：0.1-40MPa，人工骨支架的降解时间为4-24个月。
本发明PCL/胶原人工骨膜的定向药物缓释系统采用壳聚糖微球缓释技术建立的药物缓释系统。先通过改进的乳化交联法使壳聚糖形成直径0.1μm-50μm左右的微小球状结构，将药物(细胞因子，外泌体)吸附于壳聚糖中。药物在壳聚糖微球中的分布和释放速度与壳聚糖微球材料、孔径和孔隙率有关，药物在微球中的分布越均匀，爆释量越低，释放时间更加长久。壳聚糖是一种碱性多糖，具有良好的生物相容性、可降解性、低毒、易被机体吸收和排泄等特点，在生物医药领域，如基因和药物输送体系、组织工程学、伤口愈合材料、抗菌材料等方面具有重要应用。
本发明采用的药物可为甲状旁腺激素(PTH)、氟化物、生长激素或他汀类药物等，细胞因子可为BMP-2，VEGF等，根据骨缺损患者的特点可特异性定制。例如甲状旁腺激素是目前唯一在临床中促进骨形成的药物，研究发现PTH可以通过激活干细胞 PTHR，从而提高间充质干细胞分泌runx-2和osterix等，促进间充质干细胞向成骨细胞分化。将生物可降解PCL/胶原人工骨膜负载PTH，既发挥了其可降解性以及诱导骨长入的特点，又能够发挥PTH的生物活性，加速骨修复。外泌体(Exosome,Exos)可以由成骨细胞、成骨前体细胞、破骨细胞、破骨前体细胞和BMSCs等。研究发现，可以通过刺激细胞产生外泌体，进而修复骨损伤或者胰岛素抵抗等疾病。不仅如此，外泌体miRNA同样参与了调控体内骨重建平衡。因此，根据疾病特征，特异性的调控成骨细胞、破骨细胞以及BMSCs源外泌体的表达以及外泌体miRNA表达，改善疾病对于骨形成的抑制作用，加速骨损伤修复，促进骨愈合，为骨损伤患者提供有效的治疗方法，从而为骨缺损患者的骨修复提供一种理想的人工骨膜材料，解决骨缺损患者骨愈合不良的临床难题。

Claims (10)

1.一种具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜的制备方法，其特征在于：
1)采用乳化交联法制备载有促骨形成药物、细胞因子或外泌体的壳聚糖微球
首先，取100mg～1500mg壳聚糖粉末溶于8～75ml体积浓度为1～5％的醋酸溶液中，超声离散使壳聚糖完全溶解得到均质的壳聚糖溶液；
于50ml～300ml的液体石蜡中加入司盘80，磁力搅拌机搅拌均匀，形成体积浓度为1％-5％的司盘80的液体石蜡溶液；
之后将壳聚糖溶液滴加到液体石蜡溶液中磁力搅拌均匀后加入50μl～2000μl的京尼平继续搅拌使壳聚糖发生交联，随后静置待沉淀析出；
最后，将沉淀用石油醚、无水乙醇反复漂洗，抽滤，冷冻干燥，得到壳聚糖微球，60Co照射灭菌后密封避光-80℃保存；
按照壳聚糖微球：促骨形成药物、细胞因子或外泌体质量比为5：1～30：1向含有促骨形成药物、细胞因子或外泌体的培养基中加入壳聚糖微球，震荡过夜，得到吸附率为80％-85％的载有促骨形成药物、细胞因子或外泌体的壳聚糖微球；
2)多孔载促骨形成药物、细胞因子或外泌体PCL/胶原人工骨膜的的制备
制备的PCL/胶原人工骨膜：将人工骨模型数据输入3D打印设备中，按人工骨模型首先打印厚度(TH1)为0.1-2mm，孔径为1-100μm，孔隙率为10-30％的PCL外层膜；其次，将载有促骨形成药物、细胞因子或外泌体的壳聚糖微球与胶原按1：30-1：100的质量比混合均匀，按人工骨模型通过高低温双喷头交替打印含有壳聚糖微球的胶原丝材和PCL丝材组成的厚度(TH2)为0.1-2mm，孔径为50-500μm，孔隙率为40-60％的内层得到具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜。
2.根据权利要求1所述的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的壳聚糖采用分子量为50000～190000Da，脱乙酰度为75～85％的医用低分子量壳聚糖。
3.根据权利要求1所述的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)将壳聚糖溶液滴加到液体石蜡溶液中以800-1500rpm/min的转速磁力搅拌1-3h。
4.根据权利要求1所述的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)加入京尼平后搅拌在室温下搅拌1h～4h。
5.根据权利要求1所述的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)壳聚糖微球冷冻干燥时间为24h～72h。
6.根据权利要求1所述的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的促骨形成的药物采用甲状旁腺激素、氟化物、生长激素或他汀类药物；
细胞因子为BMP-2或VEGF；
外泌体来源为间充质干细胞、成骨细胞、破骨细胞和脂肪干细胞，且外泌体表面可进行修饰或改变囊泡内的基因表达，满足外泌体的靶向性以及提高或者降低某一基因的表达。
7.根据权利要求1所述的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜的制备方法，其特征在于：所述PCL、胶原采用医疗级材料，整个人工骨膜打印在GMP车间中进行。
8.一种如根据权利要求1所述的制备方法制成的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜，其特征在于：该人工骨膜由致密且疏水的PCL外层和含有负载促骨形成药物、细胞因子或外泌体的壳聚糖微球的胶原与PCL丝材交替打印的内层共同打印而成。
9.根据权利要求8所述的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜，其特征在于：该人工骨膜具有与自然骨膜相似的0.1～40MPa的拉伸膜量。
10.根据权利要求8所述的具有定向药物缓释功能的多孔PCL/胶原人工骨膜，其特征在于：该人工骨膜胶原中的促骨形成药物、细胞因子或外泌体释放后，由于外模孔径小，且材料疏水，通过毛细管作用，阻止药物向外膜释放，提高促骨形成药物、细胞因子或外泌体作用效果。
CN202110525762.3A 2021-05-14 2021-05-14 一种具有定向药物缓释功能的多孔pcl/胶原人工骨膜及其制备方法 Active CN113171496B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110525762.3A CN113171496B (zh) 2021-05-14 2021-05-14 一种具有定向药物缓释功能的多孔pcl/胶原人工骨膜及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110525762.3A CN113171496B (zh) 2021-05-14 2021-05-14 一种具有定向药物缓释功能的多孔pcl/胶原人工骨膜及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113171496A true CN113171496A (zh) 2021-07-27
CN113171496B CN113171496B (zh) 2022-03-01

Family

ID=76928919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110525762.3A Active CN113171496B (zh) 2021-05-14 2021-05-14 一种具有定向药物缓释功能的多孔pcl/胶原人工骨膜及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113171496B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113913367A (zh) * 2021-09-02 2022-01-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于外泌体富集装置的外泌体分离富集方法
CN114259604A (zh) * 2021-12-17 2022-04-01 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种3d打印促有序血管化的载药骨修复支架的制备方法及其产品和应用
CN114525599A (zh) * 2022-03-17 2022-05-24 北京市创伤骨科研究所 仿生型骨膜及其制备方法和应用
CN114621918A (zh) * 2022-04-29 2022-06-14 中山大学附属第七医院(深圳) 一种pth刺激的骨髓间充质干细胞外泌体的提取方法及其应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070061015A1 (en) * 2005-09-09 2007-03-15 Peder Jensen System and method for tissue generation and bone regeneration
CN104056304A (zh) * 2014-07-02 2014-09-24 昆明医科大学第一附属医院 负载生长因子壳聚糖微球的dbm支架修复关节软骨材料
US20170100508A1 (en) * 2015-10-09 2017-04-13 Huazhong University Of Science And Technology Bio-artificial periosteum based on micropatterning of biomimetic mineralized calcium-phosphorus nanoparticles and method for manufacturing the same
CN206518717U (zh) * 2016-10-17 2017-09-26 北京奥精医药科技有限公司 一种用于足部骨修复的人工骨膜
CN107213139A (zh) * 2017-06-16 2017-09-29 无锡市锡山人民医院 一种脊髓治疗用双层膜
US20180361032A1 (en) * 2016-02-22 2018-12-20 The Methodist Hospital Implantable electrospun patches for site-directed drug delivery
CN110279896A (zh) * 2019-07-01 2019-09-27 中国人民解放军第四军医大学 一种具有药物缓释功能的多孔pcl-tcp人工骨支架及其制备方法
CN111265722A (zh) * 2020-04-03 2020-06-12 东华大学 一种用于糖尿病骨修复的双层结构骨膜及其制备方法
CN112789034A (zh) * 2018-09-14 2021-05-11 奥索赛尔有限公司 人造骨膜

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070061015A1 (en) * 2005-09-09 2007-03-15 Peder Jensen System and method for tissue generation and bone regeneration
CN104056304A (zh) * 2014-07-02 2014-09-24 昆明医科大学第一附属医院 负载生长因子壳聚糖微球的dbm支架修复关节软骨材料
US20170100508A1 (en) * 2015-10-09 2017-04-13 Huazhong University Of Science And Technology Bio-artificial periosteum based on micropatterning of biomimetic mineralized calcium-phosphorus nanoparticles and method for manufacturing the same
US20180361032A1 (en) * 2016-02-22 2018-12-20 The Methodist Hospital Implantable electrospun patches for site-directed drug delivery
CN206518717U (zh) * 2016-10-17 2017-09-26 北京奥精医药科技有限公司 一种用于足部骨修复的人工骨膜
CN107213139A (zh) * 2017-06-16 2017-09-29 无锡市锡山人民医院 一种脊髓治疗用双层膜
CN112789034A (zh) * 2018-09-14 2021-05-11 奥索赛尔有限公司 人造骨膜
US20210338894A1 (en) * 2018-09-14 2021-11-04 Orthocell Limited Artificial Periosteum
CN110279896A (zh) * 2019-07-01 2019-09-27 中国人民解放军第四军医大学 一种具有药物缓释功能的多孔pcl-tcp人工骨支架及其制备方法
CN111265722A (zh) * 2020-04-03 2020-06-12 东华大学 一种用于糖尿病骨修复的双层结构骨膜及其制备方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIANG L等: "Fabrication of polycaprolactone electrospun fibers with different hierarchical structures mimicking collagen fibrils for tissue engineering scaffolds", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *
WU L等: "Hierarchical micro/nanofibrous membranes of sustained releasing VEGF for periosteal regeneration", 《BIOMATERIALS》 *
YANG GJ等: "Bioinspired membrane provides periosteum-mimetic microenvironment for accelerating vascularized bone regeneration", 《BIOMATERIALS》 *
ZHAO FJ等: "Periosteum structure/function-mimicking bioactive scaffolds with piezoelectric/chem/nano signals for critical-sized bone regeneration", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 *
刘晨光等: "壳聚糖作为药物缓释材料的研究进展", 《高技术通讯》 *
宫敏: "基于静电纺丝的仿生型人工骨膜及柔性电子器件的设计、制备与应用研究", 《中国疾病论文全文数据库（工程科技专辑Ⅰ）》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113913367A (zh) * 2021-09-02 2022-01-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于外泌体富集装置的外泌体分离富集方法
CN114259604A (zh) * 2021-12-17 2022-04-01 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种3d打印促有序血管化的载药骨修复支架的制备方法及其产品和应用
CN114525599A (zh) * 2022-03-17 2022-05-24 北京市创伤骨科研究所 仿生型骨膜及其制备方法和应用
CN114525599B (zh) * 2022-03-17 2024-05-17 北京市创伤骨科研究所 仿生型骨膜及其制备方法和应用
CN114621918A (zh) * 2022-04-29 2022-06-14 中山大学附属第七医院(深圳) 一种pth刺激的骨髓间充质干细胞外泌体的提取方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN113171496B (zh) 2022-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113171496B (zh) 一种具有定向药物缓释功能的多孔pcl/胶原人工骨膜及其制备方法
Han et al. Lotus seedpod-inspired internal vascularized 3D printed scaffold for bone tissue repair
Xue et al. Bone tissue engineering in the treatment of bone defects
Fahimipour et al. 3D printed TCP-based scaffold incorporating VEGF-loaded PLGA microspheres for craniofacial tissue engineering
Xiong et al. BMP2-loaded hollow hydroxyapatite microspheres exhibit enhanced osteoinduction and osteogenicity in large bone defects
Polo-Corrales et al. Scaffold design for bone regeneration
Weigand et al. Acceleration of vascularized bone tissue-engineered constructs in a large animal model combining intrinsic and extrinsic vascularization
JP2020202856A (ja) 人工組織前駆体及びそれを調製する方法
AU2011311904B2 (en) Injectable, pore-forming hydrogels for materials-based cell therapies
Mahanta et al. Nanohybrid scaffold of chitosan and functionalized graphene oxide for controlled drug delivery and bone regeneration
CN106730035B (zh) 一种包含多载药缓释系统骨修复材料的制备方法
CN104353121A (zh) 一种负载bmp微球的3d打印多孔金属支架及其制备方法
Fan et al. Implantable blood clot loaded with BMP-2 for regulation of osteoimmunology and enhancement of bone repair
US8999001B2 (en) Biocompatible implant
Harvey et al. Nanotechnology and bone healing
Li et al. Functional microspheres for tissue regeneration
Allo et al. Role of bioactive 3D hybrid fibrous scaffolds on mechanical behavior and spatiotemporal osteoblast gene expression
CN110279896B (zh) 一种具有药物缓释功能的多孔pcl-tcp人工骨支架及其制备方法
Huang et al. Effect of angiogenesis in bone tissue engineering
Zhang et al. Poly-ε-caprolactone/Whitlockite electrospun bionic membrane with an osteogenic–angiogenic coupling effect for periosteal regeneration
Szwed-Georgiou et al. Bioactive materials for bone regeneration: biomolecules and delivery systems
Liu et al. Hydrogel scaffolds in bone regeneration: Their promising roles in angiogenesis
CN114288481B (zh) 一种多层复合载药引导骨再生膜及其制备方法
Lippens et al. Evaluation of bone regeneration with an injectable, in situ polymerizable Pluronic® F127 hydrogel derivative combined with autologous mesenchymal stem cells in a goat tibia defect model
Li et al. Accelerating bone healing by decorating BMP-2 on porous composite scaffolds

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant