[发明专利]一种具有不同刚度三维骨组织工程支架材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种骨组织工程支架材料及其制备方法，特别是一种具有不同刚度的脱细胞化骨-胶原/羟基磷灰石三维支架材料及其制备方法。

背景技术

为了获得具有良好组织性、功能性的组织，组织工程支架材料应该尽可能的模拟天然细胞外基质的结构和化学特征。成功的支架材料应该可以模拟体内自然的力学特征并经得起体内的应力环境。支架材料的力学特征对影响细胞行为以及控制外部力学信号传递到细胞内具有重要的作用。细胞可以感知并对它们所接触到的基底做出响应，不同的基质刚度在二维条件下可以诱导间充质干细胞分别分化成为不同的细胞类型，包括神经细胞、肌原细胞和成骨样细胞等(Engler AJ,Sen S,Sweeney HL,Discher DE.Matrix elasticity directs stem cell lineage specification.Cell.2006;126:677-689.)。三维培养可以更好的模拟细胞在体内的真实微环境，但目前有关基质刚度对干细胞分化的研究主要集中在二维条件下。有文献报道利用胶原(Hadjipanayi E,Mudera V,Brown RA.Brown.Guiding cell migration in3D:a collagen matrix with graded directional stiffness.Cell Motil Cytoskeleton.2009;66:121-128.)、聚乳酸(poly-lactic acid,PLLA)/聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly-lactic co glycolic acid,PLGA)(Levy-Mishali M,Zoldan J,Levenberg S.Effect of scaffold stiffness on myoblast differentiation.Tissue Eng Part A.2009;15:935-944.)等来研究具有不同刚度的支架材料对干细胞分化的影响。在骨组织工程支架材料领域，已有文献报道利用水凝胶形成合适刚度的准三维支架，可诱导间充质干细胞朝成骨方向分化(Naito H,Dohi Y,Zimmermann WH,Tojo T,Takasawa S,Eschenhagen T,Taniguchi S.The effect of mesenchymal stem cell osteoblastic differentiation on the mechanical properties of engineered bone-like tissue.Tissue Eng Part A.2011;17:2321-2329.)；利用聚醚氨酯(polyether urethanes)形成的具有不同刚度和几何形状的准三维支架可以影响MC3T3-E1细胞的组织形成面积(Kommareddy KP,Lange C,Rumpler M,Dunlop JW,Manjubala I,Cui J,Kratz K,Lendlein A,Fratzl P.Two stages in three-dimensional in vitro growth of tissue generated by osteoblastlike cells.Biointerphases.2010;5:45-52.)。Huebsch等(Huebsch N,Arany PR,Mao AS,Shvartsman D,Ali OA,Bencherif SA,Rivera-Feliciano J,Mooney DJ.Harnessing traction-mediated manipulation of cell/matrix interface to control stem-cell fate.Nat Mater.2010;9:518-26.)的研究表明，不同三维环境刚度可以改变间充质干细胞的谱系分化，而间充质干细胞在11～30kPa的三维刚度下可以分化为成骨细胞，尤其是在22kPa时往成骨方向分化效果最好。然而，目前还未见三维骨组织工程支架材料可在保持微结构和孔隙率基本不变的同时形成不同刚度基质。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在三维条件下构建具有不同刚度的骨组织工程支架材料，目的是在不改变三维支架微结构的情况下在支架表面形成不同刚度的基质。