[发明专利]干细胞体外定向诱导软骨支架材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于生物医学材料领域，涉及一种作为间充质干细胞体外定向诱导软骨的支架材料及其制备方法。

背景技术：

软骨是一种无血管组织，一旦损伤极难修复至正常，其中自体软骨细胞移植修复关节软骨部分缺损已被FDA批准用于临床，但是自体来源的软骨组织有限；组织工程软骨产品已进入临床前或临床验证阶段，软骨组织工程的基本方法是将自体或异体组织细胞经体外培养扩增后接种到一种组织相容性好可降解吸收的生物材料上，将组织-生物材料复合体植入体内组织缺损部位，生物材料逐渐被降解吸收，而组织形成新的有功能的软骨组织，从而达到修复软骨缺损的目的，因此支架材料在组织工程研究中起中心作用，它不仅为特定的细胞提供结构支撑作用，而且还起到模板作用，引导组织再生和控制组织结构。现有的软骨组织工程支架尚有以下缺陷：（1）构建的软骨复合组织仅仅具有形态学和生物化学成分方面的证据，其生物学功能，尤其是力学性能不能实现在体内较长时间存在而不发生变性等；（2）支架内部细胞因子等营养成分分布及释放不均一，且内部细胞因子的释放与软骨的形成不一致；（3）体内软骨组织的生长不一致，均一输送及长时间保持仍然不理想，严重制约在临床上的广泛应用。因此，寻找一种既具有良好生物相容性和生物降解性又具有特定形状和连通三维多孔结构的支架材料是组织工程的一个重要方面。胶原蛋白的生物学性质与功能具有低抗原性、生物可降解性(易被人体吸收)、细胞适应性和促细胞增殖作用，使得胶原蛋白成为最有用的生物材料之一，在生物医学领域如组织工程支架材料具有广泛用途。通过交联或复合其他物质可以提高胶原支架（Collagen scaffold，CoS）的酶稳定性，改善胶原的力学性能可以达到改善上述缺点的作用（Chen, HL，et al. Artificial Cells, Blood Substitutes, and Biotechnology [J]. 2008，36(4): 372-385），并给细胞提供三维生长空间，为软骨的形成提供所需的三维空间，作为软骨组织工程支架保证生成的软骨具有合适的强度、硬度和弹性。在支架材料中复合一定量的细胞因子，为细胞的生长、分化和增殖提供养分。用纤维蛋白胶修饰制备好的胶原支架材料，可在一定程度上改善原有缺点。复合材料作为间充质干细胞（Mesenchymal stem cells， MSCs）体外定向诱导软骨细胞的支架，对细胞外基质与可降解吸收生物材料经体外培养，在体内预制呈类似软骨结构，以期达到更好的细胞增殖、融合和诱导分化的作用。纤维蛋白胶(Fibrin glue, FG)是一种生物蛋白制品，主要成分是纤维蛋白原和凝血酶,各成分混合后模拟体内凝血的最后阶段, 纤维蛋白原与凝血酶接触后,先转变为纤维蛋白单体, 后者再聚合成可溶性纤维蛋白多聚体,最终形成具有一定三维网状结构的纤维蛋白。纤维蛋白具有良好的组织和细胞相容性、生物可降解性、可塑性强等多种生物学特性。近年来纤维蛋白胶作为组织工程支架材料在体外重建软骨组织、皮肤、心肌组织等多领域获得成功并用于移植（Liang M.S.，et al. Biomaterials 32 (2011) 8684-8693; Jason W. Bjork et al. Biomaterials 32 (2011) 2479-2488），但是单纯纤维蛋白支架（Fibrin scaffold，FiS）的生物力学性质较差，本发明结合上述两种生物材料的特点，可改善单纯一种材料的局限性：胶原纤维只在酸性环境中溶解，在中性环境中由于胶原未能溶解分散，很难使水溶性的蛋白及细胞因子等营养成分分散均匀，因而不能保证营养物质持续均匀地释放发挥作用；而胶原蛋白溶解的酸性环境易导致蛋白及细胞因子的失活。