[发明专利]将细胞粘着强化剂从媒介物均匀涂敷到多孔骨架或管道孔壁表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及将细胞粘着强化剂均匀涂敷在作为组织代用品(如骨代用品和关节软骨代用品)的多孔可生物降解聚合物的骨架或管道内的方法。

背景技术

修复和替换患病的组织结构和器官需要耗费巨大的健康保健资源。最普遍的办法是自体移植，然而，自体移植物(autograft)甚至同种异体移植物(allograft)的供应都是非常有限的。相对而言，使用包含哺乳动物细胞和骨架材料的工程化组织(engineering tissue)和器官来治疗器官功能障碍或缺失具有广泛的应用前景。见Langer，R.S.and J.P.Vacanti，”Tissueengineering：the challenges ahead，”Scientific American 280(4)，86(1999)。在这种方法中，需要用一个临时骨架作为植入细胞的附着基质和引导器官形成的载体。因此，该骨架材料必须满足所要置换的特定组织或器官的生物力学、生物化学以及生物学的需要。移植的细胞附着在骨架材料上，繁殖，分泌自己的胞外基质(extracellular matrices，ECM)，并刺激新组织的形成。见Langer，R.and J.Vacanti，”Tissue engineering，”Science 260(5110)，920-926(1993)；Hubbell，J.A.，“Biomaterials in Tissue Engineering，”Bio/Technology 13，565(1995)；和Saltzman，W.M.，“Cell Interactions withPolymers，”Principles of Tissue Engineering，R.Lanza，R.Langer and W.Chick，Editors，(1997)Academic Press，R.G.Landes Company，Austin，Tex.，225。在该过程中，该骨架必须逐渐发生降解并被除去，最终消失。因此，除了促进细胞粘着、生长，以及保持分化细胞的功能外，该骨架还应该是生物相容的、可生物降解的、高度多孔性(表面/体积比值高)、机械强度高，且可制成预定形状。生物材料骨架的生物物理和生物力学性质对组织工程学的结果是至关重要的。在很多情况下，材料的选择要兼顾物理和生物学的要求。合成的可生物降解聚合物是一种颇具吸引力的骨架材料，因为当新组织形成时，这种聚合物则发生降解，最终在体内不留下任何异物。而且合成的可生物降解聚合物的物理和生物学性质可通过不同的合成条件和方法得到控制和调整。

可生物降解聚合物包括合成的脂肪族聚酯，例如聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、及其PLA/PGA共聚物(PLGA)。PLA、PGA和PLGA已被美国食品及药物管理局(FDA)批准用于某些人类临床应用中，例如用作外科缝合线和可植入设备中。这些物质的一个潜在优点是它们的降解速度可得到调节以配合新组织的再生速度。由于具有足够的机械强度，它们可以保持框架结构直到新组织的形成。这些物质还可被制成与待置换组织或器官相同的复杂形状或结构。

尽管合成材料得到广泛应用，但它们仍具有很多缺陷，例如具有疏水性和缺乏细胞识别信号。这些性质导致聚合物材料表面没有足够的细胞粘着能力。因此，材料与寄主环境的相互作用还有很大的改进空间。如何改进生物材料/细胞间的相互作用以得到可控的细胞粘着并保持不同的表型表达已经成为在组织工程学领域中主要的挑战之一。

为了克服合成的可生物降解聚合物材料的相关缺陷，在这些聚合物材料表面上涂敷细胞粘着强化剂成为人们关注的焦点，一般的细胞粘着强化剂包括：胶原、类骨磷灰石和羟基磷灰石。

胶原作为一类蛋白质是动物组织中最重要的蛋白之一，作为骨架材料广泛分布在体内。它是大多数胞外基质的主要结构单元，因而，是大多数组织至关重要的结构单元。胶原以多种形式存在于不同的组织和器官中。

对胶原进行的大多数研究集中在胶原凝胶或固体胶原构成物如薄膜的应用中。然而，这些构成物的问题是缺少结构强度(胶原凝胶也有同样的问题)，或者植入后失去强度，而且不易用于形成具有移植特定形状的组织结构。因为它们的结构和定向性与天然组织不同，较硬的胶原移植物易于折断。

Kokubo和同事们在1990年最先用仿生工艺通过将板材浸在模拟体液(SBF)中形成类骨磷灰石涂层。该磷灰石涂层可以减少纤维包裹，促进骨骼内生，促进直接的骨接触，而且促进骨髓基质细胞分化为成骨细胞。研究者试图在整形外科和齿科植入材料的表面涂敷磷灰石，这些植入材料可包括生物陶瓷、金属和聚合物。