[发明专利]一种组织工程双层管状支架及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于组织工程管状支架及其制备领域，特别涉及一种组织工程双层管状支架及其制备方法。

背景技术

高等动物体内含有丰富的管状组织，如气管、血管、淋巴管和肠道等，这些管状组织有一个明显的特点，其管壁由不同类型的细胞层组成。当这些组织出现缺损以及严重病变时一般都施行移植再造。在这些管状组织的病变中，心血管疾病是威胁人类最严重的疾病之一。临床上使用的自体、异体等移植物存在着诸多缺陷，如供体不足、易引发免疫排斥反应等，限制了其应用。组织工程的发展为体外构建结构和功能与天然管状组织类似的移植物提供了新的途径，而仿生天然管状组织的分层细胞结构特征是体外构建功能化管状支架的前提条件。支架是组织工程中一个重要的组成部分，起着支撑细胞生长、引导组织再生等作用。而细胞向支架内的生长能够促进新生组织的再生。因此，理想的管状支架应该仿生天然管状组织的结构和功能，且应具有合适的孔径利于细胞的向内生长。微观上，机体内的细胞外基质（ECM）表现为纳米纤维状网络结构，因而制备纳米纤维支架能够很好的仿生ECM的物理结构。静电纺丝技术是目前应用较多的纳米纤维制备方法。有学者（Biomaterials,2010,31:4313-4321）通过改变静电纺丝参数，采用两步静电纺丝技术成功的制得了双层血管支架，内层为纳米纤维结构，孔径较小，适合血管内皮细胞（ECs）在管腔的粘附和增殖，有利于管腔的内皮化；外层为微米纤维结构，孔径较大，适合血管平滑肌（SMCs）向支架内的生长，可用于体外构建血管支架。但是该方法制备的支架外层结构没有很好的仿生ECM的纳米纤维结构。热致相分离（TIPS）被认为是一种最具有应用前景的纳米纤维支架制备技术，主要是通过将较高温度的聚合物溶液快速冷冻，由温度改变来驱动相分离以制备纳米纤维支架材料。采用TIPS制备的支架，纤维直径在50-500nm、孔隙度超过90%。结合致孔技术，TIPS还能用于制备多孔纳米纤维支架。有学者（Adv.Funct.Mater.2010,20,2833-2841）利用具有不同导热系数的模具组合，采用TIPS制备出了管壁内部孔径梯度分布的纳米纤维管状支架。其中一种支架管壁内层结构孔径小，适合ECs的粘附与增殖，利于ECs在管腔的内皮化；管壁外层结构孔径较大，适合SMCs向支架内生长，可用于体外构建功能化血管支架。但是该方法制备的支架成分单一，力学性能难以满足管状组织的要求。

力学性能的改善可以通过引进其它聚合物来达到，当引进的聚合物与原聚合物相容时，则能制得力学性能得以改善的致密纳米纤维支架，支持细胞在表面的粘附与增殖。而当引进的聚合物与原聚合物不相容时（中国专利，申请号：CN201210384648.4，公开号：CN102908208A），则能制得多孔纳米纤维支架，该方法既复合了其他聚合物以改善支架的力学性能，又同时实现了支架的大孔结构，促进细胞向支架内生长。与常用的致孔剂致孔方法相比，这种自成孔技术省去了致孔剂去除这一环节，制备更加简单、快捷，而且避免了有毒致孔剂（如石蜡）残留的风险，更加安全可靠，在组织工程多孔纳米纤维支架制备应用中具有较好的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种组织工程双层管状支架及其制备方法，该方法操作简单、不需复杂设备，可大批量生产、制备成本低廉；本发明可通过相分离体系中引进其它聚合物来改善支架的整体力学性能。

本发明的一种组织工程双层管状支架，所述支架由两层不同孔隙结构的聚合物层组成，内层为致密纳米纤维结构，孔径小于1-5μm；外层为多孔纳米纤维结构，孔径为10-500μm。

本发明的一种组织工程双层管状支架的制备方法，包括：

（1）在40-80℃条件下，将聚合物材料溶解在溶剂中，得到均一溶液，然后铸入模具中，在-20℃～-80℃相分离过夜，退去模具，得聚合物凝胶，然后进行溶剂置换，冷冻干燥，得到致密结构纳米纤维管状支架；

（2）将上述纳米纤维管状支架套在模具芯柱上，得到铸模模具；

（3）在40-80℃条件下，将聚合物材料溶解在溶剂中，得到聚合物溶液，然后结合以下致孔技术：致孔剂致孔法，即先将致孔剂填充在步骤（2）所得铸模模具中，然后向其中铸入聚合物溶液，或者将聚合物溶液与致孔剂混合后铸入步骤（2）所得铸模模具中；其中致孔剂占聚合物质量比例为10%-90%；或者气体发泡法，即将聚合物溶液与气体发泡剂混合后铸入步骤（2）所得铸模模具中，50-100℃条件下让气体发泡剂分解；其中气体发泡剂占聚合物质量比例为10%-50%；或者自成孔技术，即将自成孔体系聚合物溶液直接铸入步骤（2）所得铸模模具中；