[发明专利]一种用于细胞生长的胶原支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物支架和生物支架的制备方法。特别地，本发明涉及一种含有大于80％的具有可提供机械强度和弹性的编织结构的I型胶原纤维或纤维束的生物支架。

背景技术

生物支架是暂时地或永久地替代器官或组织以帮助恢复正常功能的结构。生物支架提供了一种可在其上进行细胞增殖和分化，最终替代生物支架并恢复正常器官或组织功能的底物。

生物支架具有许多所需特性，其具有：a)有助于组织整合和血管形成的互联孔；b)适当地生物降解和生物再吸收以便新生组织最终替代生物支架；c)促进细胞吸附、增殖和分化的表面化学性质；d)适合的机械特性；e)不会诱导负面的生物反应；以及f)易于加工成多种形状和大小。

为了探寻具有上述所列特性的生物支架，组织工程师从合成的和天然来源的材料中加工支架。例如，生物支架可以由合成聚合物例如聚乙醇酸，聚乳酸和它们的共聚物制成。制备生物支架的天然来源的材料包括蛋白和碳水化合物聚合物。生物支架不但可由多种材料加工，而且可制备成不同形式，例如膜，微珠，羊毛状物质，纤维和凝胶。

然而，目前可获得的生物支架具有许多缺陷。合成聚合物支架不具有与细胞亲和的表面化学性质，因此细胞吸附欠佳。进一步地，合成聚合物支架在降解时产生酸性副产物，从而降低局部pH并破坏细胞微环境，影响正常细胞生长。

目前可获得的由天然来源材料加工的生物支架也具有许多不利。由于存在来自于分离材料的宿主的残余的外源细胞，这些生物支架通常会引发免疫反应。进一步地，这些支架的孔大小和结构通常无法最优地促进细胞生长和组织血管形成。最后，现有生物支架缺乏经受常规使用生物支架例如关节修复的恶劣环境所需的足够的机械特性。

因此，需要研发一种能更好地促进细胞生长并具有改进的机械特性的生物支架。

发明内容

本发明的发明人研发了一种制备新型生物支架的方法，所述生物支架含有具有改进特性包括与现有胶原生物支架相比的优越的机械强度的胶原纤维或纤维束。

因此，第一方面本发明提供了一种含有大于80％的具有编织结构且最大拉力负载强度大于20N的I型胶原纤维或纤维束(fibers or bundles)的生物支架(bioscaffold)。

在一些实施方式中，所述生物支架的最大拉力负载强度(maximum tensile load strength)大于40N。在其他一些实施方式中，最大拉力负载强度大于60N。在另一些实施方式中，最大拉力负载强度大于120N。还有其他一些实施方式中，最大拉力负载强度大于140N。

在一些实施方式中，所述生物支架具有大于100MPa的模数。在其他一些实施方式中，模数大于200MPa。在另一些实施方式中，模数大于300MPa。还有其他实施方式中，模数大于400MPa。在更多其他实施方式中，模数大于500MPa。

在一些实施方式中，所述生物支架在最大负载下的延伸小于85％。在其他一些实施方式中，在最大负载下的延伸小于80％。

在一些实施方式中，所述生物支架含有大于85％的I型胶原。在其他一些实施方式中，所述生物支架含有大于90％的I型胶原。

在一些实施方式中，所述生物支架具有含有第一组和第二组胶原纤维或纤维束的编织结构，其中，所述第一组中的纤维或纤维束主要在第一方向上延伸而所述第二组中的纤维或纤维束主要在第二方向上延伸。

在一些实施方式中，胶原纤维或纤维束组的所述第一方向和第二方向是基本相互垂直的。在其他一些实施方式中，所述第一组中的纤维或纤维束通常相互间隔第一距离，而所述第二组中的纤维或纤维束通常相互间隔第二距离，其中，所述第一和第二距离相互不同。在更多其他实施方式中，所述第一组的不同的纤维或纤维束从上穿过(overly)或从下穿过(underlie)或穿梭通过(weave through)所述第二组的纤维或纤维束。

第二方面，本发明提供了含有大于80％的具有编织结构且在最大负载下的延伸小于85％的I型胶原纤维或纤维束的生物支架。

第三方面，本发明提供了含有大于80％的具有编织结构且最大拉力负载强度大于20N，模数大于100MPa且在最大负载下的延伸小于85％的I型胶原纤维或纤维束的生物支架。

第四方面，本发明提供了制备生物支架的方法，所述方法包括以下步骤：(a)从哺乳动物分离胶原纤维或纤维束；(b)在NaOH、乙醇、丙酮、HCl和抗坏血酸的混合物中温育所述纤维或纤维束；以及(c)将所述纤维或纤维束进行机械处理以产生编织结构。