[发明专利]一种含微孔隙和纳米纤维复合结构的仿生组织工程支架及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含微孔隙和纳米纤维复合结构的仿生组织工程支架及其制备方法。所述具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架包括微孔隙和纳米纤维网络结构；所述微孔隙的孔径为20～200μm；所述纳米纤维网络的直径为10～2000nm，长度为1～100μm。本发明组织工程支架充分模拟了天然细胞外基质的结构特征，微孔为细胞长入支架提供了条件，较高的孔隙率利于氧和营养物质在之间内部的渗透和扩散；纳米纤维网络仿生细胞外基质的网络结构，能够促进细胞黏附、生长、增殖、分化和迁移。本发明制备方法很好地解决了现有传统的支架制备工艺的缺点，具有成为新的组织工程支架制备技术的潜力。

技术领域

本发明涉及一种含微孔隙和纳米纤维复合结构的仿生组织工程支架及其制备方法，属于组织工程和生物制造技术领域。

背景技术

组织工程再生医学(Tissue Engineering and Regenerative Medicine)是一门新兴交叉科学，通过在体外仿生构建具有一定结构与功能的人工组织，来修复、替代病损的组织与器官。目前组织工程产品已经在皮肤、骨/软骨、膀胱、血管、肝脏、神经等领域得到应用，为人类治疗各种组织器官损伤提供了新的可能性。组织工程的经典策略为细胞、支架和生长因子三要素，其中支架通过仿生细胞外基质(ECM)，为细胞提供结构支撑，促进细胞黏附、生长、增殖、分化和迁移，是组织工程的关键因素之一。

对于支架而言，孔隙率是一个重要指标，只有具有合适的微孔尺寸和孔隙率，才能使细胞充分长入支架内部，促进氧和营养物质的扩散。另一方面，天然细胞外基质(ECM)是由包括纤维性糖蛋白(主要是胶原和弹性蛋白)、结构性糖蛋白(粘着蛋白，以纤连蛋白、层粘蛋白为主)以及蛋白多糖构成复杂、动态的纤维网络构成，直径在数十到数百纳米。这些ECM纤维网络形成细胞组织结构框架，稳定组织，提供细胞粘附的机械支持；同时辅助内信号传播，在细胞繁殖分化、迁移、定位中发挥重要作用。因此理想的支架，应该同时具有合适的微孔尺寸(直径在数十到数百微米)和纳米纤维网络(直径在十到数百纳米)。

目前，组织工程支架制造方法包括致孔剂析出法、冷冻干燥法和电纺丝法等，其制备工艺各有优缺点，如，致孔剂析出法只能制备厚度不大(小于3mm)的片状结构，当支架厚度较大，致孔剂不易流出且会偏聚，导致微孔分布不均匀。冷冻干燥方法的优点在于能够成形贯通性良好的微孔，工艺工程没有高温，方便在支架中复合生物活性物质。电纺丝工艺的缺点是所制备的支架微孔较小，细胞难以长入支架内部，且一般力学性能较差。可见，上述现有方法均不能制备同时具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架；本发明通过结合冷冻干燥法和电纺丝法，得到同时具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架。

具体地，首先，通过电纺丝工艺制备纤维网络，这些长而连续的纤维网络通过超声震荡形成短纤维；然后将这些短纤维与生物材料溶液混合，低温下发生热致相分离，然后冷冻干燥得到具有微孔隙和纳米纤维的支架。所述支架充分模拟了天然细胞外基质结构，支架内微孔为细胞长入支架提供了条件，较高的孔隙率利于氧和营养物质在之间内部的渗透和扩散；支架内纳米纤维网络仿生细胞外基质的网络结构，促进细胞黏附、生长、增殖、分化和迁移。

本发明所提供的具有微孔隙和纳米纤维网络的仿生组织工程支架，包括微孔隙和纳米纤维网络结构。

所述微孔隙的孔径为20～200μm，具体可为25μm～75μm、25μm～125μm或50μm～150μm；

所述纳米纤维网络的直径为10～2000nm，具体可为2.5μm～7.5μm、1.5μm～2.5μm或182～348nm，长度为1～100μm，具体可为2.5～7.5μm、1.5～4.5μm或4.5～5.5μm；

所述微孔隙由生物材料制成；

所述生物材料可为天然高分子材料或合成高分子材料；