[发明专利]BMP-2基因修饰的组织工程骨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物领域，具体涉及一种BMP-2基因修饰的组织工程骨及其制备方法。

背景技术

骨组织工程学的兴起为颌骨缺损修复带来了希望。骨组织工程是细胞体外扩增与可降解材料复合，体内构建具有活力的组织和器官的新兴技术，成为现阶段研究的热点。骨组织工程学修复骨缺损较现行诸多方法有着明显的优点，例如，其不受供体来源的限制，可避免免疫排斥反应，需要的供体组织少(细胞在体外培养增殖)，可根据修复缺损的需要，将植入物制成精确的三维立体结构。良好的支架材料是具有一定稳定性的三维支架，例如长方体、立方体、圆柱体等，以便于植入体内后形成一个较固定的新生组织生长空间，但临床上很多骨缺损均为非规则性缺损，形状固定的材料难以完整修复缺损空间。同时随着医疗科技的飞速发展，良好的骨组织工程材料应最大限度地减少材料对机体的长期影响，大多患者希望植入物在体内只是起到暂时替代作用，随着自身骨组织的再生，植入材料逐渐降解吸收。而不同类型和部位的骨缺损要求材料还应具有良好的机械性能，易于加工成型，可改变成易于植入人体的各种形状，植入人体后，在人体温度下恢复成治疗需要的形状。基于这些要求，可降解的形状记忆材料(Shape-Memory Polymers，SMP)以其灵活的可变型性，可适应不同形状的骨缺损，为组织工程修复骨缺损提供一种新的研究方向。

脂肪族聚酯，如聚乳酸(PLA)、聚羟基丁酸酯(PHB)及聚己内酯(PCL)等，其结构中均含有酯键，使得它们能够被自然界中的微生物分解，因而都具有良好的生物降解性能。其中，聚己内酯PCL因其具有优异的力学性能、加工特性及形状记忆性能，已成为近年来研究开发的热点，其在临床上被大量应用于生物医学工程领域，如骨组织固定装置、手术缝合线、组织工程支架及药物控释体系等，被认为是具有很大发展潜力的生物可降解形状记忆聚合物。但PCL也有一些性能上的缺陷。其熔点约为60℃左右，耐热性能及机械加工性能均不佳，且其形状记忆性能只有约20％，而形变回复温度则达到40℃以上(高于37℃的人体正常体温)，这些缺陷在很大程度上限制了PCL作为临床植入材料的应用。聚己内酯是一种结晶性聚合物，对其进行交联的方法主要有两种，即引入过氧化物或对其进行辐射交联。但是，目前的一些研究报道指出，PCL的辐射交联效率是比较低的，在交联的同时，裂解也在进行，且占据了主导地位。当辐射剂量较高时，还会引起PCL的拉伸强度及断裂伸长率等力学性能的明显下降。

骨形成蛋白(BMP)属于转化生长因子超家族，其中BMP 2、4、5、6、7等与骨、软骨、肌腱、牙周组织、牙本质的形成有极为密切的关系，均有明确的诱导成骨的作用。但传统的BMP蛋白制备，无论是从骨基质中提纯，还是用基因工程表达，程序复杂，产量低，活性不稳定；在修复大面积骨缺损时，BMP的用量大，可能会生毒性反应；BMP作为外源性蛋白植入体内，也可能引起免疫反应。近年有学者探索应用BMP基因治疗的方法加速骨缺损的修复。1988年Wozney等首先克隆出hBMP1-4cDNA。随后陆续克隆获得了BMP家族中的其它成员，为骨缺损修复的BMP基因治疗奠定了基础。BMP基因转移的载体各有特点，反转录病毒能将目的基因整合到靶细胞基因组中，可长期表达，腺病毒不论靶细胞增殖状况均可高效转移，介导的基因转移是非整合型的；裸DNA直接转导方法简单，无免疫原性，安全，费用低，缺点是转导效率低。应用BMP基因治疗结合组织工程技术促进新骨的形成已成为目前骨再生领域的研究热点。

现有技术研究表明，PCL和PBS制备的多孔组织工程支架材料虽然可以改善骨支架材料的亲水性以及力学性能，但是需要将PBS的含量提高到80％，这不可避免的牺牲了PCL的形状记忆功能，PCL和PBS具有良好的生物相容性，实际应用中虽然其对种子细胞的生长无明显毒性作用，但是对种子细胞生长的促进作用也不明显，因此有必要对其进一步地改进。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种BMP-2基因修饰的组织工程骨，其由骨支架材料和BMP-2基因修饰的骨髓间质干细胞(bMSCs)构建而成。

在本发明中，所述骨支架材料可以由100重量份的聚己内酯(PCL)，20重量份的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，20重量份的聚丙交酯乙交酯共聚物(PLGA)和50重量份的磷酸三钙(TCP)组成；所述骨支架材料也可以由100重量份的聚己内酯(PCL)，30重量份的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，25重量份的聚丙交酯乙交酯共聚物(PLGA)和40重量份的磷酸三钙(TCP)组成。