[发明专利]具有层状结构的仿生骨修复支架体及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有层状结构的仿生骨修复支架体及其制备方法，在生物医学领域中可用于替代和修复骨组织的缺损。

背景技术

    骨组织缺损是临床上的常见病，可由创伤、肿瘤、骨疾以及骨生长异常等原因所造成。长期以来，开发高性能的临床医用材料来替代和修复骨组织缺损一直是生物材料研究的重点课题。

理想的骨修复材料应该具有与自然骨相似的生物特性，包括：(1) 生物相容性：无细胞毒性和炎症反应，有利于细胞的粘附和增值； (2) 生物力学性能：具有一定的机械强度，能够为新生组织提供力学支撑；(3) 三维多孔结构：材料应具有三维立体多孔结构，孔径尺寸应能允许细胞粘附生长以及血管和神经的长入，且孔间应相互贯通，以利于营养物质的传递和细胞代谢废物的排出。

目前用于骨修复的材料主要为整体成型的块体多孔支架，其特点是在材料的成型过程中用各种技术制孔。较为常见的制孔方法有气体发泡、溶液浇铸/粒子沥滤、相分离/乳化、熔融成型、纤维粘接、冷冻干燥等。公开号CN1765423A的文献中提出了一种生物活性多孔支架的制备方法，利用表面活性剂能稳定气泡的原理制孔，能使多孔材料具有可控的孔隙率和较好的孔隙贯通性。但是由于块体多孔支架材料结构的局限性，为了达到较好的孔隙贯通性，必须以牺牲材料的力学强度为代价。特别是对于生物可降解材料而言，孔隙贯通性较好的块体支架材料如果一旦开始降解，其多孔结构的支架易很快坍塌变形，会影响骨组织修复的效果。

WO 2008/082766 A2提出了一种以嵌套式的闭合环状结构为基础单元构筑的椎间盘修复支架和软骨关节修复支架，以环面为外部结构，中央部以特定的微结构或水凝胶为髓核。这种骨软骨支架包括了与软骨部分界面相连的骨部分，骨部分通过固定装置与受体骨的开口连接。在其嵌套式的环状结构体中，由于相互独立的各环状结构间没有任何技术要点保持其结构的紧密度，从而难以保证其支架体能提供足够和有效的力学性能用于骨修复，且在使用过程中其不会因各环状结构间的移动甚至脱落而导致替换失败。因此这一设计缺陷对用于骨或软骨修复的支架材料具有致命的损害，并不适于临床应用。

因此，在临床应用中更为理想的骨修复支架，至少应能提供临床所需的力学支撑，即使在材料降解过程中仍能维持良好的结构稳定性，支撑新生组织的生长直至其具有自身的生物力学性能，且进一步还能具有三维多孔网络结构，保持高度的孔隙贯通性，有利于完成骨组织修复和功能重建。

发明内容

    针对上述情况，本发明首先提供了一种具有层状结构的仿生骨修复支架体，在用于替代和修复骨组织缺损中能有更为理想的效果。本发明进一步还提供了该骨修复支架体的制备方法。

    本发明的具有层状结构的仿生骨修复支架体，由至少一个支架单元体构成。该支架单元体为由片层材料由内向外连续紧密卷裹、截面呈螺旋状的柱体结构，支架单元体的直径为0.1mm~50mm。由于该支架单元体是由片层材料由内向外连续紧密卷裹而成的整体型结构，因此既有类似于自然骨的哈佛系统（在自然长骨内环骨板层与外环骨板层间分布的纵向排列的骨单位），因而具有高度的仿生效果，能很好地实现缺损位与正常骨组织间的力学传递，在使用过程中层状结构间也不会移动或脱落，即使在降解过程中也能维持良好的结构稳定性，完成骨组织的修复和功能重建。而且通过控制片层材料的厚度，和/或高度，和/或卷裹的层数，还可以实现灵活调整骨修复支架体的三维尺寸，满足不同的实际使用需要，可塑性强。

由于生物体骨组织中骨单位的平均直径通常为190~230μm。因此上述柱体结构形式支架单元体的直径为0.1mm~50mm，能适应其较多的使用方式和具有较宽的适用范围。研究和实验显示，用于构成支架单元体的片层材料的优选厚度是0.01mm~1mm。

上述可用于构成上述支架单元体的片层材料，进一步在其延展面中分散分布有孔径为50μm~800μm的贯通孔隙是一种更好的方式。其中，更优选的是使所说该分散分布的贯通孔隙的孔隙率，达到占片层材料体积的70%~95%。由于该支架单元体是由片层材料由内向外连续紧密卷裹而成的，因此分布于片层材料上的这些贯通孔隙，经卷裹形成支架单元体后，在其结构中可以形成相互贯穿的特殊形式的网络结构，因而能有助于细胞粘附生长以及血管和神经的长入，也便于营养物质的传递和细胞代谢废物的排出，有利于促进该修复支架体使用部位骨组织修的复和功能重建。