[发明专利]组织工程化软骨移植物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于组织工程技术领域，尤其涉及一种组织工程化软骨移植物及其制备方法。

背景技术

根据国家老龄工作委员会《中国老龄事业发展报告》，我国老年性骨关节疾病发病率高达55％，总患病人数超过1亿；因运动及交通意外等原因引起的关节软骨缺损及骨组织损伤也越来越高发。由于软骨细胞迁徙能力有限，再生能力低下，关节组织一旦受损，尤其是大面积软骨缺损及软骨下骨破坏，依靠自身组织修复再生能力难以自愈。传统手术、细胞治疗及组织工程化软骨为软骨缺损治疗的主要方法，而传统手术及单纯细胞治疗对大面积软骨缺损治疗效果有限，且远期效果下降，因此结合细胞与支架材料的组织工程化软骨是当今研发及应用的重点，现有研发的组织工程化软骨(如使用软骨细胞、I型胶原支架、PLGA支架等)对软骨修复效果有所提升，但也未能实现透明软骨的完全修复，尤其是对大面积软骨缺损中心区域的修复。

软骨细胞具有取材困难、来源有限、体外培养困难等问题，而间充质干细胞因其具有来源广泛、方便取材、分离容易、增殖能力强等优点，得到越来越广泛的应用，成为组织工程细胞研究领域的热点。脐带间充质干细胞(Umbilical cord Mesenchymal Stem Cells，UC-MSCs)具有来源广泛、增殖快、分化能力强等特点，既克服软骨细胞的缺点，又比成体骨髓间充质干细胞(Bone Mesenchymal Stem Cells，BMSCs)等在取材及细胞增殖分化方面具有一定优势，尤其对年龄较大患者优势更为明显。软骨外基质主要由II型胶原蛋白和蛋白聚糖等组成，II型胶蛋白为软骨细胞特异基质，其微环境更利于软骨特异基质的产生与分泌，利于透明软骨的生成，但II型胶原蛋白促细胞增殖能力较弱。I型胶原蛋白支架是长期以来应用较广的软骨组织工程支架材料，其在促细胞增殖方面表现优异，然而对大面积软骨缺损其仍难达到透明软骨的完全修复。

在上世纪80年代，美国宇航局生命科学部开始研究太空微重力对细胞组织的影响，为模拟微重力而设计开发出旋壁式生物反应器。培养液处于旋转流动状态，置身其中的细胞会受到流体应力，后期实验证实使用该反应器进行3D培养的细胞组织特性和基因表达更接近于正常体内组织细胞，与传统贴壁培养有显著区别，学者们纷纷将其应用在神经、肝脏、肾脏、肿瘤等方面进行研究，结果皆支持该生物反应器的优势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中透明软骨不能完全修复的缺陷，提供一种综合了细胞与支架材料的组织工程化软骨移植物及其制备方法，旨在解决现有组织工程化软骨材料不能同时满足既促细胞增殖又促软骨基质分泌等问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种组织工程化软骨移植物，所述组织工程化软骨移植物包括三维支架材料和分散在所述三维支架材料中的脐带间充质干细胞，所述三维支架材料由I型胶原蛋白和II型胶原蛋白制备。

本发明提供的组织工程化软骨移植物，综合了脐带间充质干细胞来源广泛、取材方便、增殖快、分化能力强的特点，以及由I型胶原蛋白和II型胶原蛋白制备的三维支架材料的孔隙率大、孔径均匀的特点，最终使组织工程化软骨移植物既促细胞增殖又促软骨基质分泌的，可满足透明软骨的完全修复，尤其是对大面积软骨缺损中心区域的修复。

本发明另一方面提供一种组织工程化软骨移植物的制备方法，该方法包括如下步骤：

分别获得脐带间充质干细胞悬液和三维支架材料，所述三维支架材料由I型胶原蛋白和II型胶原蛋白制备；

将所述脐带间充质干细胞悬液接种于所述三维支架材料中吸收后，得细胞-支架复合物，并将所述细胞-支架复合物初始恒温孵育3-5h；

将初始恒温孵育后的所述细胞-支架复合物置于旋转式生物反应器中旋转恒温孵育3-7天，得所述组织工程化软骨移植物。

本发明提供的组织工程化软骨移植物的制备方法，利用脐带间充质干细胞增殖快、分化能力强的特点，以及由I型胶原蛋白和II型胶原蛋白制备的特有三维支架材料，结合3D动态旋转式生物反应器培养系统；方法简单易行，条件容易控制，成本低，最终得到的产品既克服了软骨细胞取材困难、来源有限、体外培养困难等问题，又能优化其促软骨基质分泌的特点，可使修复软骨组织更贴近天然软骨特性，从而实现软骨的完全修复。

附图说明

图1为本发明实施例1获得的人脐带间充质干细胞培养结果示意图；

图2为本发明实施例2制备的三维支架材料结果图；

图3为本发明实施例3制备的组织工程化软骨移植物结果图；