[发明专利]一种组织工程人工骨及其构建方法

说明书

技术领域

本发明属于外科用品材料技术领域，具体涉及一种修复骨缺损的材料及其构建方法，特别是一种脐带血干细胞与胶原蛋白缝合线-CPC复合材料构建的组织工程人工骨及其构建方法。

背景技术

人骨髓间充质干细胞具有多向分化潜能，可分化为不同的组织，如骨、软骨及肌肉等。人骨髓间充质干细胞可来源于病人的骨髓，经过体外扩增，诱导分化后接种到生物支架上修复骨缺损。因此，基于干细胞的组织工程人工骨在骨缺损和骨再生方面发挥了巨大的潜能，而且，目前需要手术治疗的骨缺损患者数量庞大，组织工程人工骨投入到临床使用后将会造福广大患者，具有积极的意义。

但获取人骨髓间充质干细胞是一种有创性的过程，而且干细胞的活力及增殖随着年龄的增加而逐渐降低。最近，人脐带间充质干细胞（human umbilical cord mesenchymal stem cells，hUCMSCs)受到关注，并可分化为骨、软骨、神经元及内皮细胞等。hUCMSCs具有以下优点：1）低成本获取；2）来源广阔；3）获取对机体损伤小，甚至无损伤；4）无免疫原性及致瘤性，用其来替代人骨髓间充质干细胞应该是将来的趋势。

用于制备生物支架的生物活性材料钙磷陶瓷与人骨的无机成分相似，可促进细胞的粘附、增殖及成骨分化，所以羟基磷灰石hydroxyapatite（HA）及其他钙磷支架对于骨缺损的治疗已受到广泛关注。尽管如此，对烧结而成的生物陶瓷，在使用过程中需用外科手术修剪成适当的形状才能植入移植部位，这不仅造成人工骨的浪费，而且也消耗手术时间。相比之下，磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）可在体外塑型然后填充到骨缺损部位，能够与自体骨紧密结合。目前常用的CPC由磷酸四钙tetracalcium phosphate，TTCP）和磷酸氢钙（dicalcium phosphate anhydrous，DCPA)组成。CPC可自固形成骨移植物，而且由于其具有良好的生物相容性，移植后能被新骨取代等优点，1996年被美国FDA批准用于临床。但传统的CPC易碎，力学强度较低，所以只能用于非承重区的骨组织，因此需要改进其力学性能。

纯天然胶原蛋白缝合线，具有良好的生物相容性，生物可降解性及较强的抗拉力，作为可吸收缝线已在临床广泛应用。本发明将hUCMSCs种植到胶原蛋白缝合线增强的CPC上构建了一种新型的组织工程人工骨，为骨缺损患者的治疗提供了一种新的材料。

发明内容

本发明的目的提供一种构建方法简单、方便、成本较低的组织工程人工骨及其构建方法，该方法构建的组织工程人工骨具有较强的力学性能，可用于承重区骨的修复；而且构建组织工程人工骨所选用的hUCMSCs具有低成本获取、来源广阔、获取对机体损伤小，甚至无损伤、无免疫原性及致瘤性等优势。

本发明的目的是通过以下方式实现的。

一种组织工程人工骨，是在由胶原蛋白缝合线及磷酸钙骨水泥混合制成的复合材料上接种了人脐带间充质干细胞。

所述的磷酸钙骨水泥是由磷酸四钙和磷酸氢钙以摩尔比1:1混合的粉末。然后把胶原蛋白缝合线与磷酸钙骨水泥粉末按1:3-5的体积比混匀后加入去离子水，调成糊状物放置于模具定型后制成复合材料。胶原蛋白缝合线与磷酸钙骨水泥粉末的混合物与去离子水的质量比为3-5:1。

所述的组织工程人工骨的构建方法，包括以下步骤：

（1）磷酸钙骨水泥粉末的混合，

磷酸四钙和磷酸氢钙以摩尔比1:1混合；

（2）胶原蛋白缝合线与磷酸钙骨水泥粉末的混合，

把胶原蛋白缝合线与磷酸钙骨水泥粉末按1:3-5的体积比混匀；

（3）胶原蛋白缝合线-磷酸钙骨水泥复合材料的制备，

胶原蛋白缝合线与磷酸钙骨水泥粉末的混合物与去离子水按照质量比为3-5:1混合调制成糊状物，将糊状物放置于模具定型得到胶原蛋白缝合线-磷酸钙骨水泥复合材料，消毒备用；

（4）将hUCMSCs种植于胶原蛋白缝合线-磷酸钙骨水泥复合材料。