[发明专利]用于骨缺损修复的氧化铈基纳米材料及其制备方法以及氧化铈基复合骨支架

说明书

本发明公开了一种用于骨缺损修复的氧化铈基纳米材料及其制备方法。本发明的用于骨缺损修复的氧化铈基纳米材料是通过对氧化铈基纳米酶进行表面修饰来制备，其中，所述表面修饰包括将靶向性配体和/或碳量子点引入氧化铈基纳米酶。本发明还公开了一种氧化铈基复合骨支架，其通过将氧化铈基纳米酶和/或氧化铈基纳米材料与骨组织工程材料通过复合步骤来制备。

技术领域

本发明属于新型骨组织工程材料领域，是一种对氧化铈基纳米酶进行功能化修饰，使其具有良好的促进骨组织再生功能的新型材料的制备工艺。

技术背景

骨修复过程通常分为三个阶段，包括反应期(血肿和炎症期)、修复期(愈伤组织形成期)和重塑期。早期的急性炎症是消灭病原体和维持组织稳态的重要生物学过程。然而，如果促炎刺激持续存在，则该过程可能发展成慢性炎症状态，慢性炎症则会导致细胞因子和其他因子的持续分泌、持续的组织破坏和内环境的受损，这对机体愈合是有害的。

当机体受到外界刺激时，先天免疫系统被激活，以重建正常的稳态。在免疫细胞中，最重要的细胞是巨噬细胞。巨噬细胞按照其表型和分泌的细胞因子可以分为两种极化类型：以分泌促炎因子为主，发挥促炎功能的巨噬细胞称为M1型巨噬细胞，其主要发挥针对微生物的炎症反应，发挥宿主免疫功能，也会导致机体正常组织的炎症损伤。以发挥降低炎症反应，发挥组织修复功能为主的巨噬细胞称为M2型巨噬细胞，尤其在炎症反应后期发挥抗炎作用，促进创伤修复和纤维变性。更重要的是，巨噬细胞表面具有丰富的叶酸受体，这为材料和药物在体内的分布和靶向富集奠定了基础。

氧化应激是因细胞内活性氧物种(ROS)的产生，或细胞内抗氧化防御系统受损而导致的氧物种代谢产物的过量积累，从而对生物体造成损伤的一种生理状态。纳米氧化铈具有模拟超氧歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的抗氧化性质，可消除多种ROS(O₂^-，·O₂^-，H₂O₂，·OH)。纳米氧化铈可以通过清除ROS缓解促炎M1型极化，同时通过消除应激刺激引发的过度产生的ROS，促进抗炎M2型极化。

理想的骨修复材料应具有可塑性；无毒并具有良好的生物相容性；降解的速度适当且降解的产物无害性；与骨组织相近的力学强度；分布均匀合适的孔隙可以供细胞的粘附生长；良好的骨诱导性等性质。功能性稀土氧化物被有计划地掺杂到其中，赋予了材料新的特征：改善材料的生物相容性，促进成骨细胞增殖和分化，诱导相关基因的表达，改善局部微环境等。

氧化铈(CeO₂)是一种常见的催化材料。在纳米尺度下,由于表面氧缺陷的产生,氧化铈中部分Ce⁴⁺被还原为Ce³⁺以稳定缺陷。此时材料中的Ce³⁺和Ce⁴⁺能够可逆的转化,这一性质使得纳米CeO₂能够催化分解生物体内的过量自由基,从而消除超氧自由基(O₂^·-)、过氧化氢(H₂O₂)、羟基自由基(·OH)等。这一性质有助于减缓炎症反应，进而激活局部免疫调节，最终为新骨再生提供有利的微环境。

纳米颗粒的表面修饰是一种常见的改性手段。一般情况下，用物理、化学方法对离子表面进行处理，有目的的改变颗粒表面的物理化学性质，如表面原子层结构和官能团，表面亲疏水性，电性和反应特性等，实现科研人员对纳米微粒的表面控制。掺杂是另一种改善材料性能常用手段。有目的在某种材料或基质中掺入少量其他元素或化合物，可以使材料、基质产生特定的物理、电学、磁学和光学等性能，从而使其具有特定的价值或用途。

基于此，本发明中涉及的这类氧化铈基骨组织工程材料将以纳米氧化铈独特的生物学效应为基础，发明了一类具有优异的促进成骨分化效果的新型材料，以期对骨修复材料的发展起到引导和借鉴作用。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供了用于骨缺损修复的氧化铈基纳米材料及其制备方法。