[发明专利]一种高强度可降解多孔结构组织工程支架的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种组织工程支架的制备方法。

背景技术

组织工程支架是一种人工合成的具有三维结构的框架，它起到了模拟细胞外基质的作用，从而使细胞在这种三维结构上黏附、增殖、迁移、分化，最终使组织得以重建。这种技术突破了传统的器官移植和生物材料植入的一些限制（如免疫原性、来源有限、价格昂贵等），可用于修复受损的组织或器官而不需要辅助的治疗，不仅可以提高治愈率，而且可以大大降低治疗成本。

到目前为止，以可降解的高分子为基础材料的组织工程支架得到了比较深入的研究，取得了重要进展。所制备的支架在软组织，如血管、皮肤、韧带以及神经等的修复或重建中具有较大潜力。此外，生物活性陶瓷以及金属支架，如钛合金、不锈钢等，也得到了一定的研究。这些材料所制备的支架存在一些不同的缺点，最主要的问题是力学性能与可降解性不能很好的匹配，如高分子支架可降解，但其力学性能较差，只能用于软组织的修复；生物活性陶瓷模量较高，但脆性较大，虽然可用于一些硬组织的修复，但却不能用于修复承受拉应力的硬组织。

钛合金、不锈钢等金属材料具有良好的力学性能，如高强度、高模量、良好的韧性、优异的延展性等，同时又具有良好的加工成型性。这些优异的性能使金属材料很早便已广泛地应用于医用植入材料，如骨固定材料、关节置换材料、骨板、牙齿等。但是这些材料不可降解，当其作为组织工程支架植入体内时会以异物的形式长期存在于体内。这会产生一些负面影响，如应力屏蔽，应力松驰，血管支架还会产生再狭窄等。这些缺点限制了它们的应用。因此，可降解的金属材料成为解决这些问题很有希望的途径。

一直以来，腐蚀被认为是导致金属材料失效的主要原因之一，但一些金属（如铁、镁等）的腐蚀却成为植入材料的一个优点，它们可被用作降解植入材料。将其植入体内，这些材料会随着新组织的形成逐渐降解。而且铁和镁是人体必须的元素，不会对人体产生较大的负面影响。因此，这类材料必将成为一种革命性的植入材料而被广泛的应用于生物医学领域。

到目前为止，镁基和铁基可降解的医用金属材料已得到了开创性的研究。虽然对镁合金的研究越来越多，但与铁相比，其力学性能较低。更重要的是，在生理环境中的降解速度太快，以致新形成的骨还不能够承受必要的载荷就已发生破坏，而且在腐蚀的过程中严重析氢，这些难以克服的缺点使其应用受到限制。与镁相比，铁的降解速度较慢，且具有更优异的力学性能和良好的生物相容性。已有动物体内实验表明，铁作为血管支架在植入后没有炎症、内膜增生或者血栓形成，因此没有引起明显的血管阻塞[Liu B,Zheng YF.Effects of alloying elements(Mn,Co,Al,W,Sn,B,C and S)on biodegradability and in vitro biocompatibility of pure iron.Acta Biomater.2011;7:1407-20.]。Moravej等采用电铸技术制备的铁箔具有良好的力学性能和合适的腐蚀速率，有望用作可降解的血管支架材料[Moravej M,Prima F,Fiset M,Mantovani D.Electroformed iron as new biomaterial for degradable stents:Development process and structure–properties relationship.Acta Biomater.2010;6:1726-35.]。Nie等采用等通道转角挤压法制备出大块纳米晶纯铁棒，这种材料具有更强的腐蚀抗力和良好的体外相容性，能够刺激纤维母细胞的增殖，促进内皮化，抑制血管平滑肌细胞的生存能力[Nie FL,Zheng YF,Wei SC,Hu C,Yang G.In vitro corrosion,cytotoxicity and hemocompatibility of bulk nanocrystalline pure iron.Biomed Mater.2010;5.]。Wegener等采用粉末冶金法制备了一种多孔铁基合金，具有可调节的力学性能，对细胞增殖没有产生不利的影响，有望用作可降解的骨修复或骨固定材料[Wegener B,Sievers B,Utzschneider S,Muller P,Jansson V,Rossler S,et al.Microstructure,cytotoxicity and corrosion of powder-metallurgical iron alloys for biodegradable bone replacement materials.Mater Sci Eng B-Adv.2011;176:1789-96.]。但是，这些方法制备出来的材料为铁箔或块体材料，它们不具有多孔结构或者孔径太小，不利于细胞的生长，因此不能满足组织工程对支架的要求。