[发明专利]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

说明书

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。