[发明专利]一种仿生复合矿化支架及其制备方法

说明书

本发明属于医用生物材料领域，公开了一种仿生复合矿化支架及其制备方法，所述仿生复合矿化支架为双组份系统的MC‑SF复合共混物，具有可引导骨再生的矿化胶原MC微粒和可控生物降解的丝素蛋白(SF)骨架。所述仿生复合矿化支架具备以下优势：矿化胶原微粒均匀地分布在丝素蛋白骨架的表面及内部，引导骨再生特性的同时保证了良好的生物相容性；具有疏松的多孔结状构，在提供一定支撑强度的同时有利于成骨相关细胞以及新生血管的爬行；可以负载各种生长因子、小RNA、外泌体、微量元素和抗生素等，对成骨性能进行多方面调控；可生物降解，矿化胶原的降解产物可以为骨再生提供原材料，而丝素蛋白的可控降解速率可以与新骨生长速率匹配。

技术领域

本发明涉及医用生物材料领域，特别涉及一种具有可引导骨再生的矿化胶原(MC)微粒和可控生物降解的丝素蛋白(SF)骨架的仿生复合矿化支架及其制备方法。

背景技术

骨组织主要由三部分组成：细胞、纤维和基质。骨基质的主要成分是胶原蛋白，它提供拉伸强度。骨的矿物成分主要是磷酸钙，提供抗压强度。其最显著的特点是沉积在细胞间的含有大量钙盐的物质，钙盐成为一种非常坚硬的组织，形成身体的骨骼系统，并为各种器官提供支持和保护。骨缺损/骨丢失的原因有很多，如创伤、骨科手术、骨关节炎、骨质疏松和原发肿瘤切除。

据统计估计，全球每年约有2000万患者因各种疾病而失去骨组织。一般来说，对于轻伤或尺寸较小骨缺损，其可以通过身体的骨组织再生进行修复。对于严重的骨损伤(临界尺寸大小的骨缺损或更严重的损伤)，在实现骨再生之前，必须使用天然骨移植物或生物材料来填补缺损位置。

目前，自体骨移植(通常取自患者的髂骨)仍是修复严重骨缺损的金标准。与其他移植物相比，取自患者自身的新鲜自体骨具有无可比拟的优势，包括良好的组织相容性、无免疫原性、丰富的自体祖细胞和良好的骨传导性。然而，自体骨移植也存在许多缺点，包括可用骨量有限和严重并发症，如供区血肿、深度感染、炎症和住院时间延长等。

由于在临床工作中迫切需要开发与天然骨组织具有类似结构和功能、同时无免疫原性的骨修复材料，骨组织工程在过去十年中应运而生并取得了快速发展。由高分子材料制备的骨修复材料具有来源广泛、参数可调(个性化治疗)和无疾病传播风险等优点，受到研究人员和临床医生的青睐。

需要指出的是，在骨修复材料的优良生物相容性、骨传导性、低免疫原性和非感染性等这些优点的基础上，我们特别强调这些材料的可匹配生物降解性。可匹配生物降解性意味着在骨缺损修复过程中，新骨组织可以替换缺损中的材料，其降解速度与新骨的生长速度相匹配。

从材料科学和角度，天然骨组织是由约28％的I型胶原纤维和67％羟基磷灰石有序排列所组成的复合体。矿化胶原纤维是骨的基本组织单元，具有复杂的分级结构和精密的组装方式，其高度有序的结构使机体不同部位骨组织具有其独特的硬度、强度、韧性以及抗折性能。基于仿生学的视角，天然骨组织的这些优异特点为学者研究模拟骨的生物材料或新型功能材料提供了重要的参考。

蚕丝作为最古老的天然聚合物，它的进化历史跨越了3.8亿年。蚕丝已被证明在不同的生物医学应用中可作为一种有效的聚合物。在不同的天然聚合物中，丝素蛋白(SF)是一种同时具有优异的生物相容性和出色的机械性能的聚合物。此外，如果对其加工形式和过程进行了人为控制，丝绸的降解率就可以维持在数月到数年的时间段里。迄今为止，普通SF已被用作许多动物模型的大骨缺损的骨植入物。然而，单纯的SF在促进骨再生方面的效果非常有限，常常需要添加其他材料来改善其成骨性能。

胶原组织是细胞外基质的主要成分。在天然骨组织中，I型胶原纤维约占28％。需要注意的是，天然骨组织中的胶原纤维均是以矿化胶原纤维的形式存在。矿化胶原骨是一种生物相容性良好的骨修复材料，是研究人员对天然骨细胞外基质进行模仿设计、且具有分级结构的仿生骨修复材料。其在微结构和成分两方面都与天然骨相似，有良好的生物相容性和诱导骨再生的能力，是一种优良的骨修复材料，不足之处在于矿化骨胶原修复材料的强度较低(一般在1～2Mpa)，限制了使用范围。

发明内容