[发明专利]一种具有促进骨缺损修复作用的埃洛石复合水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有促进骨缺损修复作用的埃洛石复合水凝胶及其制备方法和应用。本发明提供了一种可作为细胞支架材料的埃洛石复合水凝胶，其由掺入埃洛石的明胶溶液在光引发剂作用下形成光交联得到；其中，所述埃洛石的浓度为0.1%～20%。本发明以埃洛石和经双键修饰的明胶成功合成具有促进骨缺损修复作用的复合水凝胶，该复合水凝胶可作为优异的骨组织工程支架材料，同时具备良好的机械性能、力学性能和生物学性能，可支持骨细胞的生长及成骨分化，有明显的促进新生骨的生成、骨缺损修复的作用，可用于牙周组织或骨组织缺损等疾病的高效治疗，在生物工程和生物医学领域上具有良好的临床应用前景。

技术领域

本发明属于生物工程材料技术领域。更具体地，涉及一种具有促进骨缺损修复作用的埃洛石复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

由于某种因素如外伤、感染、肿瘤等使骨丧失了一些骨质，形成较大的间隙，称为骨缺损。骨缺损在临床上发病率较高，其治疗是骨科重要的技术问题。全世界每年因严重的创伤、骨折合并感染、骨折后治疗不当、骨肿瘤或伴有其他合并症造成的骨缺损患者数以千万。在我国，随着人口老龄化社会的到来，骨骼疾病的发病率呈上升趋势，直接导致医疗费用增加，生产效率和生活质量下降。虽然近年来骨折治疗早期多采取积极的治疗手段，已使骨不连及骨缺损发病率明显下降，但仍是骨科医生需要面对的一个难题。目前，修复骨缺损的方法主要有骨移植、组织工程技术、膜引导性组织再生技术、基因疗法等，但没有彻底的进行骨缺损修复的方法。因此，迫切需要制定有效的替代策略，以安全的方式促进骨再生，从而达到完整的骨缺损修复。

研究各类人工植骨替代材料是近年来研究的热点，其能够克服自体或异体骨固有的缺点，而这正是临床迫切需要解决的问题。理想的骨修复材料首先应该具备的特性有：

（1）生物相容性：可与骨直接进行化学结合，不阻止骨细胞在其表面的正常活性或干扰其周围骨细胞的自然再生过程，对骨组织的分解吸收具有传导性；

（2）具有可塑性和一定的机械强度；

（3）生物降解性：在一定时间内被宿主骨替代，不影响骨组织的修复，无毒副作用；

（4）诱导再生性：通过自身或添加骨诱导因素，刺激或诱导骨骼生长。

目前，临床常用的人工骨材料有各种类型的骨水泥、生物陶瓷、组织工程骨等。其中，骨水泥类材料主要有磷酸钙骨水泥、丙烯酸酯类骨水泥等。但骨水泥由于力学强度不足、部分产品聚合热过高及单体释放、抗水溶性（血溶性）差、降解速度与固化时间难以控制等缺点，其临床应用受到一定限制。生物陶瓷主要包括羟基磷灰石、生物活性玻璃等，羟基磷灰石主要缺点在于本身的力学性能较差、强度低、脆性大，这一缺点影响了它在医学临床的广泛应用；生物活性玻璃的脆性和疲劳性也是一个需要解决的问题，而且其孔型结构会造成氧自由基、代谢物的四处扩散。组织工程骨则是利用组织工程技术研制出来的新型人工骨材料。人工骨材料还包括纳米晶胶原基骨材料、硫酸钙Osteo set颗粒骨移植替代品、锶羟基磷灰石骨水泥、纳米碳酸钙/聚左旋乳酸复合材料等。这些人工合成材料在不同程度上都存在生物相容性的问题，会引发物理刺激引起的无菌炎症及慢性排异引起的后遗症。

目前更多的骨修复材料，主要侧重于“转运药物”，如专利CN106730035A等通过装载相关促成骨药物、抗菌药物等活性物质，刺激宿主细胞迁移至骨缺损部位，实现原位骨再生。而直接作为细胞载体，将成骨细胞或者干细胞植入骨缺损部位的研究较少。原因在于载体本身可以促进细胞增殖生长，同时参与调控干细胞分化，促进成骨过程的高强度弹性骨修复材料较少。如专利CN106730035A的发明人张立群课题组在《明胶基生物弹性体载药型纳米复合材料的制备及性能表征》中指出，在埃洛石纳米管的明胶基载药型复合材料中，埃洛石纳米管对细胞的生长有一定的抑制作用，此时复合材料很大程度上抑制了细胞的生长，细胞在明胶基复合材料的表面几乎不生长，很多细胞都不再是梭型等正常的细胞形态而是死亡的或者是发生断裂的情况。而且不同种类的细胞载体支架对组织细胞的功能产生不同的影响。