[发明专利]一种用于软骨损伤修复的细胞-支架复合材料制备方法及应用

说明书

本发明提供一种用于软骨损伤修复的细胞‑支架复合材料制备方法及应用，属于骨组织工程和再生医学领域。该制备的细胞‑支架复合材料的种子细胞采用具有多向分化潜能特性的、安全性较好的重编程细胞，支架采用魔芋葡甘聚糖和透明质酸钠混合制备的生物材料，细胞与支架通过共培养方法获得细胞‑支架复合材料。该复合材料制备方法较为简单，制备的细胞‑支架复合材料能够有效修复软骨损伤，在骨组织工程和再生医学领域，尤其是在关节软骨修复领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于软骨损伤修复的细胞-支架复合材料制备方法及应用，属于骨组织工程和再生医学领域。

背景技术

软骨组织是一种蛋白多糖、胶原和透明质酸等物质含量丰富的组织，但血液供应和软骨细胞数量缺乏，因此，软骨组织一旦受损，即便是微小的软骨损伤也难以自然修复或愈合。目前，临床上常用的关节软骨损伤修复方法主要有软骨和软骨下骨去除、微骨折和软骨下骨钻孔、自体骨软骨移植和同种异体骨软骨移植、软骨或骨膜移植等（刘效仿，等. 中华创伤骨科杂志，2014,16(6):537-539）。在这些方法中，由于自体骨软骨移植方法具有安全、有效等优点，是临床最为常用的治疗方法，但是该方法最大的弊端在于，自体骨软骨采集不但会给患者带来新的创伤，同时也给患者带来严重的心理和生理负担。而异体骨软骨移植虽然可成为临床上治疗软骨损伤的替代材料，但由于供体限制，难以大幅应用，同时还可能存在严重的免疫排斥反应和疾病传播风险。微骨折和软骨下骨钻孔也是较为常用的软骨修复方法，能够通过微骨折和软骨下骨钻孔使干细胞到达缺损部位，但由于局部环境和机械应力差异，干细胞容易产生纤维软骨修复，只能暂时或短期缓解病人疼痛。因此，寻求一种新的、切实可行的软骨治疗和修复方法是当前研究的主要方向和目标。软骨组织工程学的兴起和快速发展为治疗关节软骨疾病和缺损提供了一种新的思路和途径。

软骨组织工程的基本原理是将软骨种子细胞种植于可生物降解、组织相容性较好的生物材料上形成细胞-生物材料复合物，通过体外培养，种植在生物材料上的细胞不断生长和增殖，然后再把细胞-生物材料复合物移植入软骨缺损部位，随着生物材料的自行降解和吸收，种植的细胞不断增殖并分泌细胞因子和基质，从而实现对软骨损伤部位的治疗和修复（Vacanti CA, et al., Plast Reconstr Surg, 1991, 88(5): 753-759; Cao Y, etal., Transplant Proc, 1994, 26(6): 3390-3392）。生物支架材料作为种子细胞的载体，它所形成的三维空间结构不仅为细胞提供气体交换，排除废料的场所，同时也为细胞的大量增殖提供足够的空间；而细胞作为软骨损伤修复的种子，在移植到软骨缺损部位后不仅大量增殖，更为重要的是能够分泌细胞外基质和细胞因子，这不仅促进支架材料的降解和吸收，同时所分泌的部分成份能够对软骨损伤部位进行填充。由此可见，种子细胞和生物支架是软骨组织工程最重要的两个要素，因此，良好的种子细胞和生物支架以及二者及与组织良好的生物相容性是软骨有效修复的关键。

目前认为，理想的种子细胞应当具备以下基本条件：（1）取材方便，对机体损伤小；（2）体内、外生长和增殖能力较强，能够在较短时间内获得足够数量的细胞；（3）体内、外的成骨能力较强；（4）具有稳定的生物学功能，成骨后能够稳定保持与正常骨细胞相似的生物学特性并维持一定时间；（5）良好的材料和组织相容性，能够在支架材料上大量增殖，在体内环境能保持良好的生物学特性。当前，种子细胞的来源主要有成骨细胞、骨髓基质细胞、基因修饰细胞、间充质干细胞、胚胎干细胞等。

成骨细胞是来源于骨组织或骨膜等组织的细胞类型，其在体内、外均具有较强的成骨能力（Vacanti CA, et al., Transplant Proc, 1993, 25: 1019-1021; CastoldiM, et al., Cell Biol Int, 1997, 21(1):7-16），其培养条件也相对简单，细胞易存活（Hankey DP, et al., Acta Orthop Scand, 2001, 72(4): 395-403）。但是成骨细胞取材会对供体造成额外损伤，且成骨细胞易于衰老，在临床上难以推广应用。