[发明专利]一种用于髋关节软骨修复的复合支架及其制备方法

说明书

本发明涉及组织工程关节软骨修复技术领域，具体涉及一种用于髋关节软骨修复的复合支架及制备方法。所述支架由下而上依次为由生物陶瓷包裹的多孔镁支架层和高分子水凝胶层，所述水凝胶层装载有软骨细胞，植入体内后分别形成软骨下骨层、钙化界面层和软骨层三层结构。本发明复合支架遇到体内组织微环境的体液后，支架中的多孔镁成分氧化产生氢气，产生的气体受表面陶瓷膜的限制无法立即扩散，在局部形成气膜，形成稳定的隔离层，将成骨微环境与软骨微环境隔离开来，防止下方的成骨微环境中细胞、细胞因子进入软骨微环境，阻止软骨骨化发生，有效保持了软骨微环境的稳定，适用于大面积软骨修复，修复面积直径大于1厘米。

技术领域

本发明涉及组织工程关节软骨修复技术领域，具体涉及一种用于髋关节软骨修复的复合支架及制备方法。

背景技术

近年来，骨关节炎和运动导致关节软骨损伤的发病率逐渐上升。由于软骨组织无血液供应和神经支配，并且软骨细胞的低代谢活性以及高密度的细胞外基质限制了软骨细胞向缺损区域移行，在受损后自我修复能力有限，因此组织工程在软骨修复中具有极大的应用前景。

关节软骨修复的理想状态是受损的软骨能够持续生成透明状软骨，新生组织与周围组织融合，并能够符合关节软骨的生物学和力学特性。由于关节软骨的特殊结构，一旦受损便为软骨层、软骨下骨层一同受损。同时，每一层具有不同的复杂结构以及性质，层与层之间应具有较好的层间结合力。因此，如何制备满足上述要求的软骨组织工程支架是研究的热点与难点。

在软骨下骨结构中，发现钙化界面层是非常重要的生理解剖结构，在正常软骨中，钙化界面层起到很好隔离软骨与软骨下骨微环境的作用。一方面其阻止软骨下骨血管的侵入而避免软骨细胞过度钙化的发生，与此同时，防止关节液渗透入到软骨下骨进而影响成骨细胞的活性，从而保证两者有独立和不同的生存环境。在骨性关节炎的患者中常发现钙化界面层的破坏，导致软骨微环境被破坏，软骨下骨中的细胞因子扩散进入软骨微环境，促进软骨骨化，从而加重骨性关节炎的病情。

为此，有研究者尝试通过结构仿生，利用水凝胶材料通过离子交联模拟钙化界面层，但单纯水凝胶的力学性质难以满足钙化界面层、软骨下骨层的力学支撑要求；也有报道将无机材料经前期结构设计，借助3D一体化打印技术，经烧结后制备出陶瓷钙化界面层，但该产品的脆性高，也难以满足临床对钙化界面层的力学需求；还有报道通过高分子自组装或原位聚合，再借助层层干燥方法，制备出模拟钙化界面层的软骨结构，但该工艺的钙化界面层结构不够致密，难以实现对软骨微环境和成骨微环境的有效隔离，且力学强度无法满足临床力学支撑要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于髋关节软骨修复的复合支架及制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于髋关节软骨修复的复合支架，所述支架由下而上依次为由生物陶瓷包裹的多孔镁支架层和高分子水凝胶层，所述水凝胶层装载有软骨细胞，植入体内后分别形成软骨下骨层、钙化界面层和软骨层三层结构。

上述技术方案中，进一步地，所述多孔镁支架的孔隙及表面原位固化生物陶瓷颗粒形成包裹住多孔镁支架层的生物陶瓷层；所述高分子水凝胶层与生物陶瓷层以生物胶粘连为一体。

上述技术方案中，进一步地，所述生物陶瓷包裹的多孔镁支架中装载有间充质干细胞。

上述技术方案中，进一步地，所述多孔镁支架表面覆盖有钙磷涂层；钙磷涂层的成分组成为羟基磷灰石(HA)、磷酸八钙(OCP)或磷酸三钙(TCP)的磷酸盐涂层；磷酸涂层厚度在3-20μm。

上述技术方案中，进一步地，所述多孔镁支架的形状由患者髋关节CT重构的股骨头形状尺寸确定；所述多孔镁支架的组成成分为纯镁或者镁合金。