[发明专利]一种可原位激活内源性TGFβ1的可注射型骨修复材料的制备及其应用

说明书

一种可原位激活内源性TGFβ1的可注射型骨修复材料，所述修复材料由含水基质和微球两部分复合而成，所述微球是采用微流控法制备的粒径均一的TypeA明胶微球，所述含水基质由锂藻土(LaponiteXLG)及聚乙烯亚胺(PEI)改性的明胶分子分散到水相构成。采用扩散负载法将碱性的碳酸氢盐或者中性磷酸盐吸附到明胶微球内后，将其与含水基质混合可制备得到所述可注射型骨修复材料。

技术领域

本发明涉及生物医药材料领域，具体为一种可原位激活内源性TGFβ1的可注射型骨修复材料的制备及其应用。

背景技术

口腔颌面部再生医学的一个长期目标是治疗由于外伤、肿瘤切除、牙周疾病、牙槽嵴吸收、治疗相关的颌骨骨坏死以及先天畸形所引起的口腔颌面部骨组织缺损、功能丧失和美学畸形。当损伤超过临界骨缺损大小时，骨组织无法自发愈合。目前，自体骨移植仍然是骨缺损修复的“金标准”。但是，取骨手术伴随的疼痛、感染、神经损伤以及功能缺失等风险限制了其应用。同种异体骨或者异种异体骨移植又常伴随免疫排斥或者疾病传播等问题。因此，应用组织工程的方法重建骨缺损部位的研究得到了极大关注。据报道，自1999年到2016年，全世界以组织工程为主题的科研论著共发表41588篇。预计到2023年，论著总数将会翻倍；而到2027年，论著总数更将达到现在的三倍。这进一步说明组织工程科学领域具有强大的生命力和巨大潜力。

细胞移植(cell transplantation)和细胞归巢(cell homing)，这两种促进组织缺损修复的方式在组织工程研究中都在被广泛应用。前者需要先从患者活体中获取干细胞样本；在体外扩增后，单独或者与支架材料一同注射到缺损部位，期望实现促进组织生长的目的。而后者是指在生物信号诱导下，干细胞或祖细胞向缺损部位迁移和移动，从而实现组织再生。细胞移植的主要科学价值在于可以体外对细胞进行基因修饰以及荧光标记，方便进一步研究这些细胞是否参与组织再生；方便通过连续移植的手段研究这些细胞是否保持干性；以及方便研究损伤处的病理环境对于移植细胞的影响。但是细胞移植过程中，获取/分离活细胞难度大，获取的细胞类型不确定，细胞维持和临床操作过程复杂且花费高，注射的细胞易死亡及流失，离体细胞易产生免疫排斥、病原体传播和致癌性等诸多问题限制了其临床应用。仅利用生物信号(如生长因子)的趋化作用(chemotaxis)诱导间充质干细胞(mesenchymal stem cell,MSC)从缺损边缘的细胞外基质(extracellular matrix，ECM)或血液中向缺损处归巢，从而促进组织再生的方法可以很好地避免上述细胞移植带来的问题，同时也是现今组织工程研究的前沿热点，它很有希望未来在临床广泛应用。

在骨缺损处通过生物材料或其他载体释放相关的生长因子可以达到诱导骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cell,BMSC)归巢并促进骨再生的目的。Yoonet al.报道了在壳聚糖水凝胶中加入外源性转移生长因子β1(transforming growthfactorβ1,TGFβ1)和骨形成蛋白-2(bone morphogenetic protein-2，BMP-2)后，可以促进兔胫骨缺损修复。但是驱使外源性生长因子在骨缺损处释放的方案存在很多缺点，如支架材料中的生长因子易降解，生物活性不确定和成本高等。因此，很多学者将关注点放在了不直接添加生长因子而诱导BMSC归巢的研究。Zhang et al.直接将含有血小板衍生生长因子b(platelet-derived growth factor b，PDGF-b)以及BMP-7序列的腺病毒载体与支架材料一同注射到小猎犬牙周缺损处后，被转染的细胞可以持续产生相应的生长因子，从而促进了牙周缺损的修复。这种方法虽然节省了成本并避免了蛋白质不稳定的问题，却增加了病毒感染以及免疫排斥的可能性。相比之下，利用内源性生长因子诱导BMSC归巢并成骨的方案将会是更具吸引力以及安全可靠的选择。