[发明专利]一种组织工程软骨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于组织工程学医用生物材料技术领域，具体涉及一种具有天然结构与功能的组织工程软骨及其制备方法。

背景技术

天然关节软骨的组成结构，随着深度变化，软骨细胞的大小、形状和密度也发生着变化，胶原含量随着深度增加而下降，而蛋白多糖的含量则随着深度的增加而增加。根据软骨细胞及软骨间质的形态变化，关节软骨由关节面至骨骼分为四层结构，分别为表层、中层、深层以及钙化层。各层间没有明显界限，但其组成、结构和力学特性均有所不同，细胞形态和功能也有差别。表层是天然软骨中最薄的一层，厚度仅占整个关节软骨的5％～10％，该层可完整地从关节软骨上剥离；中层占关节软骨整体厚度的40％～45％，其形态和间质的组成介于表层与深层之间，该层的细胞呈圆形或卵圆形，代谢比表层活跃，细胞质内有大量诸如粗面内质网、高尔基体等具有分泌功能的细胞器；深层约占关节软骨厚度的30％，该层细胞的直径大、数量多，与中层一样呈圆形或卵圆形，并且垂直于关节面呈柱状排列；钙化层位于深层与软骨下骨之间，该层较薄，细胞很少且部分蜕变，细胞质内粗面内质网和高尔基体等细胞器极少，细胞周围是钙化组织，软骨细胞如同镶嵌在陷窝中。

软骨在关节功能中发挥着重要的作用。然而，关节软骨损伤是十分常见的疾病，临床上各种原因进行的关节镜手术约60％的病人均发现有软骨损伤，20％为较重的软骨损伤。由于软骨内缺乏血管组织，而且软骨细胞被包裹在基质成分中，不能迁移到损伤部位修复缺损，致使关节软骨损伤后的自愈能力很差，不能实现再生。软骨损伤如不及时治疗，易造成后期关节面软化，严重的可出现大片脱落，使软骨下骨层裸露，造成关节弹响、僵硬、疼痛加重等，最终需要关节置换，严重地影响患者的生活质量。

研究表明，依所含胶原纤维成分的不同，软骨分为三种类型，即透明软骨、弹性软骨和纤维软骨。透明软骨间质内仅含少量胶原纤维，基质较丰富，新鲜时呈半透明状；弹性软骨的构造与透明软骨相似，只是间质内含有大量的弹性纤维，互相交织成网，使其具有很大的弹性；纤维软骨的特点是基质很少，含有大量平行或交叉排列的胶原纤维束，力学性能较差。因此，如何实现损伤部位软骨组织天然结构与功能的恢复是软骨损伤治疗的最终目的。

传统的治疗方法有关节灌洗术、关节清理术、微骨折手术、骨膜移植、软骨移植和自体软骨细胞移植等，已广泛用于关节软骨的损伤修复，但临床应用结果显示，这些方法均存在不足。例如，关节清理术只能暂时缓解症状，不能有效治疗软骨损伤；微骨折手术只能在缺损部位再生纤维软骨，不能达到正常软骨的力学要求，存在后期退化的隐患；自体软骨移植效果较好，仅适用于软骨缺损面积较小(＜2cm²)的损伤治疗；异体软骨移植可用于较大缺损修复，但供体来源有限，并有感染传染病、免疫排斥的风险。临床研究还表明，软骨细胞移植是目前修复关节软骨损伤、实现功能重建的有效途径；其第一代移植技术需要采用患者自体骨膜封闭缺损位置，增加了对患者的损伤，易形成骨膜肥大，需要二次手术；第二代技术采用胶原/透明质酸膜代替自体骨膜封闭缺损表面，移植细胞悬液易造成软骨细胞渗漏，使新生软骨表面不平整；第三代技术是在胶原膜上直接种植细胞，以纤维蛋白胶作为固定液，贴附至软骨缺损部位，以期形成均匀的软骨，但临床结果显示，该技术生成的软骨大部分为纤维软骨，疗效不及第一代技术稳定，是由于软骨细胞不能穿透胶原膜，只能在胶原膜表面贴附生长，该材料在植入缺损位置后，形成的软骨组织多为纤维软骨，比正常软骨的力学性能差、易退化。

基于软骨组织的结构，如何在体外条件下构建组织工程软骨，用于软骨损伤的修复，为软骨缺损治疗提供更好的选择，具有很好的临床应用价值。

细胞膜片技术是指在体外将细胞连续培养，使细胞复层生长形成一种由细胞和细胞外基质组成的膜片，该膜片具有一定的机械强度，并可以用细胞刮刀或是温敏材料方便地与培养皿分离。细胞膜片已被广泛应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种组织工程软骨及其制备方法，所制备的组织工程软骨具有表层、中层、深层和钙化层的天然结构，以及与天然软骨一致的抗压强度和表面摩擦特性，能承受静态的、周期的、反复的高负荷，承受负重时组织中产生的压力和张力，适用于软骨缺损修复，特别是关节承重部位的软骨缺损修复。