[发明专利]一种多孔规则体支架材料中截留及富集细胞的装置和方法

说明书

本发明公开了一种多孔规则体支架材料中截留及富集细胞的装置和方法，包括注射组件、富集工作腔、侧向密封体以及过滤组件，采用对多孔规则体支架材料在富集工作腔的侧向密封原理，使其材料周边得到有效密封，避免了现有技术中的大部分细胞从材料侧边流动而不能富集到材料内部的问题；过滤组件包括过滤网、储液腔与观察腔，可保证灌注液体不会对支架材料内连接孔造成堵塞，便于实时观察与计算灌注液体体积，进而实现动态评估灌注效果；侧向密封体可适于不同形状规则体或体积较大支架材料的细胞富集，从而有效实现在多孔规则体支架材料中充分截留与富集种子细胞，提高了材料的生物活性，促进了临床应用中的骨修复效果。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体是一种多孔规则体支架材料中截留及富集细胞的装置和方法。

背景技术

由外伤、感染、肿瘤和手术等导致的骨组织缺损治疗是骨科的难题之一。其中大段骨缺损的修复重建尤其困难，因此找到一种能在骨缺损部位起到桥梁作用的替代移植物以促进骨缺损的修复，是近年来骨组织工程努力解决的一项难题。目前常用的骨缺损修复替代物包括：自体骨，异体骨、生物陶瓷、骨水泥、高分子聚合物、胶原蛋白、合金等，不同的植骨材料有着不同的物理性质，但从结构上而言，多孔内连结构的植骨材料比密质材料有着更好的骨修复效果，这是因为多孔内连的结构提供了新骨组织爬行生长的空间从而达到更好的界面接合及骨长入。如多孔钛合金，多孔生物陶瓷，多孔钽棒等。但研究表明，此类多孔生物材料，新骨仍较难达到材料内部或该过程比较缓慢。因此其修复能力受到一定限制。

除了支架材料，另外一个与骨修复密切相关的因素是种子细胞。一般地，骨组织修复的种子细胞主要指具有自我增殖及分化潜能的多能干细胞，最常见的是骨髓间充质干细胞，其他还包括：血管内皮祖细胞、成骨细胞、骨髓基质细胞、基因修饰细胞等。但多孔人工材料如多孔生物陶瓷、多孔合金等在植入体内的初期是不具备种子细胞的。种子细胞定植于多孔材料深部的过程也是比较缓慢的。于此同时，由于材料内部新生血管匮乏，营养物质及血液中的种子细胞很难在短时间内富集于材料，这在很大程度上也制约了材料的骨修复性能。

解决上述问题的方法是在支架材料植入前，为其富集一定数目的种子细胞，其传统技术手段主要包括以下方法：

1)采用组织工程技术，用特殊的酶或其他方法将种子细胞从组织中提取出来在体外进行培养扩增，然后将生物材料浸于含有种子细胞的培养液中，使细胞与支架材料进行复合。

但上述方法存在：该方法不利于临床应用，因体外细胞培养扩增过程缓慢，患者需经历多次侵入性操作，且细胞与支架复合过程中受到污染的可能性较大。

2)手术中所得含有种子细胞的浸液，或骨髓穿刺所得骨髓液，或其他方法获得的含有种子细胞的浸液，通过与支架材料进行混合，或将支架材料浸泡于种子细胞浸液，达到快速复合的目的。

但上述方法存在：该方法虽简单易行，但只适用于体积较小，孔及内连径较大的材料，这是因浸泡或机械混合的方式很难在材料的深部复合到足量的细胞。

3)专利号为CN1503683 A还开发了另外一种技术以即时在支架材料中复合种子细胞，由载入注射器及基质容器组成，通过载入注射器推动液体流经基质容器内微粒性及纤维性骨材料达到富集种子细胞至材料的目的，此方法一定程度上提高了多孔支架材料富集细胞的效率。

但上述技术方案也存在：首先，该方法并不适用于规则体(柱状、块状、条状等)且体积较大支架材料的细胞富集，因为规则体材料置于图示基质容器中时，不能做到材料周边的密封，大部分种子细胞从侧边流动而不能够富集到规则体材料的内部。另一方面，该方法未按照材料的多孔三维结构对灌注的液体进行选择，未设定可控流速，这可能导致灌注不足或流速过快，细胞难以截留。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多孔规则体支架材料中截留及富集细胞的装置和方法，采用对多孔规则体支架材料的侧向密封，可有效实现在多孔规则体支架材料中充分截留与富集种子细胞，提高材料的生物活性，促进临床应用中的骨修复效果。