[发明专利]一种仿生骨组织工程支架及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种仿生骨组织工程支架及其制备方法和应用。首先对碳纳米管（CNTs）依次进行羧基化和多巴胺化表面修饰，然后在模拟体液环境中使得多巴胺化CNTs表面形成羟基磷灰石颗粒，构建得到生物矿化CNTs；最后利用琼脂糖构建本体支架，并在此基础上利用电泳技术使得矿化CNTs在支架内部泳动，形成有序化平行排列的阵列，以此构建得到仿生骨组织工程支架AG‑o‑CNTs。本发明的仿生骨组织工程支架AG‑o‑CNTs能够有效促进骨间充质干细胞（bMSCs）的生长，在骨组织工程支架材料或骨替代材料方面具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物医药材料技术领域。更具体地，涉及一种以琼脂糖凝胶和有序化多壁碳纳米管为基础的仿生骨组织工程支架及其制备方法与应用。

背景技术

骨组织的重要性和骨相关疾病带来的危害，加速了骨组织工程的发展。在此大背景下，骨组织工程因具有治疗骨相关损伤或疾病的巨大潜力，而成为修复损伤器官的新的前沿的方法。通常而言，骨组织工程的研究包含了三大元素：支架、细胞和生长因子。上述三者中，对支架的研究是目前研究较为活跃的领域之一。骨组织工程要求所用支架既是理想的骨替代物，又同时具有能够诱导骨细胞形成矿化组织的性能。

目前，市场上以灭活异种骨替代物为产品主流，该类型支架是对已有异种动物的成型骨组织进行灭活处理，得到无或少免疫排斥反应的支架材料。但材料形状不可控和灭活的高成本是其最明显的两个缺点。此外，以羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙为基础的支架材料是另一类主流产品。该产品可结合前期诊断中的磁共振成像结果，通过3D打印技术打造出与骨损部位相匹配的形状。然而，打印所采用的煅烧探头决定了该技术只能使用无机材料作为原材料，仿生程度不高，同时，高昂的诊断、构建和植入成本也成为这一治疗手段的弊端。因此，作为关键因素之一，构建和修饰支架同样值得我们关注。而能否构建更接近于生理骨组织结构的仿生支架材料，便成了这一领域主要的研究课题之一。骨组织工程包含三大元素：细胞、支架和生长因子。在支架设计上，如何仿造正常生理结构特点以构建与其相仿的骨组织工程支架以促进骨细胞更好的生长，是当前研究的一大热点。

尽管目前已开发出多种修饰骨组织工程支架的方案，但开发出最接近理想的技术仍然是一种挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有仿生骨组织工程支架的缺陷和不足，采用琼脂糖凝胶(AG)作为支架本体，利用电泳技术使表面矿化的多壁碳纳米管(CNTs)在其内部形成有序化的结构以此修饰支架构建了AG-o-CNTs仿生骨组织工程支架。该支架能够有效促进骨间充质干细胞(bMSCs)的生长，在骨组织工程支架材料或骨替代材料方面具有很好的应用前景。

本发明的目的是提供一种以琼脂糖凝胶和有序化多壁碳纳米管为基础的仿生骨组织工程支架及其制备方法。

本发明另一目的是提供所述仿生骨组织工程支架在作为或制备骨组织工程支架材料或骨替代材料方面的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种以琼脂糖凝胶和有序化多壁碳纳米管为基础的仿生骨组织工程支架的制备方法，首先对碳纳米管(CNTs)依次进行羧基化和多巴胺化表面修饰，然后在模拟体液环境中使得多巴胺化CNTs表面形成羟基磷灰石颗粒，构建得到生物矿化CNTs；最后利用琼脂糖(AG)构建本体支架，并在此基础上利用电泳技术使得矿化CNTs在支架内部泳动，形成有序化平行排列的阵列，以此构建得到仿生骨组织工程支架AG-o-CNTs。

具体地，上述以琼脂糖凝胶和有序化多壁碳纳米管为基础的仿生骨组织工程支架的制备方法，包括如下步骤：

S1.对CNTs进行羧基化处理得到羧基化CNTs；

S2.对羧基化CNTs进行多巴胺化处理得到多巴胺化CNTs；

S3.多巴胺化CNTs在模拟体液中浸泡处理，形成羟基磷灰石化CNTs(H-CNTs)；