[发明专利]一种天然来源的黑磷-丝蛋白-纤维素生物支架

说明书

本发明公开了一种天然来源的黑磷‑丝蛋白‑纤维素生物支架。本发明的生物支架是由聚乳酸‑羟基乙酸负载的黑磷量子点分散液、再生丝蛋白水溶液和纤维素支架在＜‑200kPa负压下的真空浸渍成胶后复合而成，其中，聚乳酸‑羟基乙酸负载的黑磷量子点、再生丝蛋白水凝胶填充于纤维素支架的多孔结构中；所述的再生丝蛋白水溶液是由天然桑蚕丝制备而成，所述的纤维素支架是由天然松木去除木质素和半纤维素后制备而成。本发明的黑磷‑丝蛋白‑纤维素支架兼具价廉、环保、生物相容性好、可降解、自带抗菌性、抗肿瘤、疏松多孔、力学强度大、促成骨等优点，在肿瘤骨缺损修复中具有良好的应用前景。

技术领域

发明涉及一种天然来源的黑磷-丝蛋白-纤维素生物支架，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

骨是继肝脏和肺之后最容易发生肿瘤转移部位，由肿瘤细胞溶骨作用以及手术切除导致的骨缺损会导致畸形、功能丧失甚至残疾，严重降低肿瘤病人终末期生存质量。其中，脊柱是恶性转移骨转移最常发生的部位，而脊柱在生理状态下需要承受人体中以及运动带来的巨大应力。对骨缺损部位进行材料填充修复是目前常用的提高患者生存质量的方法，但对脊柱等承重骨而言，现有的骨修复材料面临力学强度不够、生物相容性差、降解性差、肿瘤发生部位易感染、骨缺损部位肿瘤复发、价格高昂等问题，导致骨修复失败或者增加二次手术风险。故若能找到一种力学强度大、生物相容性高、可降解、同时兼具抗菌以及抑制肿瘤生长且价格低廉的材料，可以为饱受肿瘤骨缺损带来的病痛折磨的患者带来巨大收益，有效提升他们的生活质量。

目前金属材料的骨修复材料仍然是骨修复领域的金标准。通常要满足骨修复这一目的，就要求修复材料本身疏松多孔，从而有利于成骨细胞的生长。目前临床上首选钛网等金属支架作为骨修复材料，其具有良好的强度以及可塑性，利于加工成型。同时在人体内不易腐蚀，可以长时间稳定存在。然而，传统金属材料与人体骨组织的弹性模量相差较大，植入后产生应力阻挡效应，影响骨修复进程。金属材料的生物相容性亦较差，人体会产生排异反应，需要在骨愈合后二次手术取出。此外，金属支架的加工难度较大，需要较为复杂的生产工艺，且原材料也不能从自然界直接获得，需要对矿石等进行提炼。随着可降解高分子材料和生物陶瓷材料的长足发展，一些可降解的非金属材料支架开始出现并商品化。但这些非金属支架的力学强度普遍较差，在应用于承重骨骼的修复时常出现支架断裂的情况。其降解产物多为酸性，会导致支架周围组织炎症，继而诱发感染，增加二次手术风险。

天然桑茧来源的丝蛋白水凝胶由于其良好的生物相容性、易于获得、溶胀性好、天然抗菌、疏松多孔的优点，是作为一种用于制备可降解高分子骨修复支架材料的研究热点。已有文献报道将丝蛋白水凝胶作为支架用于骨修复，但由于丝蛋白水凝胶的力学强度较低，目前仅见其用于顶骨等非承重骨的修复。

黑磷作为一种受到科研关注的非金属材料，其具有较好的生物相容性、导电性以及较广泛生物医学应用，其在人体内可降解为无毒的磷酸根离子，可作为体内成骨的磷源。另外，黑磷还可以通过刺激钙磷迁移从而促进成骨相关蛋白的表达，如碱性磷酸酶(ALP)以及I型胶原纤维。经过聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)修饰的黑磷量子点(BPQDs/PLGA)相较于黑磷具有更好的稳定性以及光热作用，通过在体外对骨修复部位使用808nm近红外照射，可以激发BPQDs/PLGA的光热效应，升高修复部位的温度从而对杀灭肿瘤细胞并抑制其生长。故将BPODs/PLGA加入各种骨修复材料中可以有效提升这些材料的骨修复能力。

木头作为一种广泛存在于自然界、环保、价廉且具有多层次多方向纤维素管道结构的天然材料，已经成为了材料学的研究热点。木头的主要成分为纤维素、木质素以及半纤维素，其中纤维素是构成其多孔结构的主要成分，木质素以及半纤维素则充填于纤维素之间增加木头硬度。如果通过处理在保留木头原有结构情况下，去除木质素以及半纤维素，那么就可以使木头变得柔软从而具有可塑性，同时纤维素支架的力学强度也远高于丝蛋白水凝胶。另外，纤维素支架本身的多孔结构既有利于细胞的生长，也可用于填充水凝胶等材料。通过将装载了BPQDs/PLGA的丝蛋白充填入纤维素支架，获得的丝蛋白-纤维素系统兼具丝蛋白、木头以及BPQDs/PLGA三者优点。但目前尚未有将三者结合用于制作骨修复材料的报道。