[发明专利]一种组织工程软骨支架材料及其制备方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于组织工程学医用生物材料技术领域，具体涉及一种组织工程软骨支架材料及其制备方法和制备装置。

背景技术

关节软骨损伤是临床常见疾患。国内外调查显示，关节软骨损伤患病率约15％，40岁人群患病率为10％～17％，60岁以上则达50％，而在75岁以上人群中80％患有骨性关节炎伴随的软骨缺损。在美国，关节软骨损伤是导致50岁以上男性丧失工作能力的第二位原因(仅次于缺血性心脏病)，也是中年以上人群慢性致残的主要原因。据美国风湿病学会(ACR)数据显示：目前，美国约有2000万关节软骨损伤患者，估计至2020年，发病人数将上升到4000万，65岁以上老年人中，70％有关节软骨损伤症状，其中46％不同程度地丧失关节功能和劳动能力，每年门诊病人700万，住院病人300万。美国第三次国家健康与营养调查表明，8％的成人可以明确诊断为手关节软骨损伤，意味着每12个美国人中就有1人患手关节软骨损伤。

保守估计，我国骨关节疾患在5000万以上。研究发现，软骨损伤发病有低龄化的趋势，临床上有症状的30～40岁的软骨损伤患者并不少见，X线普查发现15～24岁年龄组的骨关节炎发生率为10％。

人关节软骨无血管、无神经，软骨细胞被周围基质限制很难迁移，因此软骨损伤后不能自愈。传统的治疗方法(如关节灌洗术和关节清理术、微骨折手术、骨膜移植、自体/异体软骨移植等)只能缓解症状，不能有效恢复受损组织功能。近年出现的软骨细胞移植技术，能够在一定程度恢复软骨组织的结构功能，但需要二次手术，并且会对供区造成损伤。

组织工程软骨的开发为治疗软骨缺损提供了一种更好的选择。研究者采用多种支架材料与多种细胞构建出了性状较好的组织工程软骨；由于天然软骨不是一个无序的结构，而是由表层、移行层、辐射层和钙化层四层结构部分组成；表层结构中II型胶原含量最高，而糖胺聚糖(GAG)含量较低，其基质纤维按水平方向分布；移行层和辐射层结构中II型胶原随着深度增加其含量逐渐下降，而GAG正好相反，并且基质纤维按垂直方向排列，正是这种结构赋予了关节软骨良好的抗压特性；钙化层结构中II型胶原含量最低，GAG含量最高，并且存在有大量的X型胶原。软骨组织这种有序的结构与成份分布，最终形成了关节软骨耐磨、抗压的功能特点。基于关节软骨的生理特点，若要构建出功能与天然软骨一致的组织工程软骨，首先要制备出具有天然软骨结构特征的组织工程软骨支架材料，在其上复合种子细胞，实现与人软骨组织接近的组织工程软骨的构建。

经检索，中国专利申请200610026004.2、200910058053.8、02113378.6和201010539861.9所构建的软骨支架为均一的组分和结构，不具有天然软骨组织结构特点。中国专利申请200910117158.6虽有分层结构，但其结构仅是羟基磷灰石的含量不同，软骨支架材料没有能够增加软骨抗压强度的垂直定向结构。中国专利申请201010297976.1构建的软骨修复材料呈天然软骨基质的纵向排列方式，但其并不具备软骨表层的水平排列纤维结构以及钙化层的成份特点。中国专利申请200710090962.0公开了一种关节软骨生物支架材料及制备方法，是将脱细胞、去抗原、去I型和X型胶原的天然软骨基质成份与II型胶原共混，以氯化钠晶体颗粒作为致孔剂，通过理化处理，制成一种多孔的关节软骨支架材料；该方法采用天然软骨基质为原料，保证了构建材料成份与天然软骨一致，但软骨组织各层之间组分差异较大，而且钙化层去除了软骨基质中的X型胶原，不同于天然软骨基质成份。中国专利申请200510012257.X采用聚乙烯醇(PVA)与羟基磷灰石等材料构建多层软骨材料，模拟天然软骨组分在多层结构中的渐变规律，以PVA等高分子材料代替软骨组织中的胶原、蛋白聚糖等成份，但高分子聚合材料在体内的降解代谢与软骨基质完全不同，前者的降解会产生酸性产物，引起非菌性炎症反应，直接影响到移植物与周围组织的融合。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种组织工程软骨支架材料及其制备方法和装置，所制备的软骨支架材料在复合软骨细胞后，能够用于全层软骨缺损修复，再生的软骨组织具有与天然软骨一致的结构及组分，适用于负重部位关节软骨的修复。