[发明专利]一种刚度可调的多孔液态金属骨组织工程支架及其制备方法

说明书

本发明公开了一种刚度可调的多孔液态金属骨组织工程支架材料及其制备方法。通过将镓铟锡合金与磁性二氧化硅颗粒和致孔剂均匀混合成型，再用双蒸水除去致孔剂得到多孔液态金属骨组织工程支架。该发明可以通过改变外部磁场大小调控支架内部磁性颗粒排布进而改变支架刚度，支架材料具有良好的生物相容性，可实现支架刚度的动态变化，满足骨缺损修复过程中的力学要求。

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，特别涉及一种刚度可调的多孔液态金属骨组织工程支架及其制备方法。

背景技术

力学因素在骨组织重建中有重要的作用，影响细胞增殖、迁移、分化，细胞外基质合成，细胞因子分泌等生物学过程(Engler AJ,Sen S,Sweeney H L,Discher D E.Matrixelasticity directs stem cell lineage specification.Cell.2006；126(4):677-689)，选择适宜的基质刚度可以有利于促进干细胞介导的骨组织再生。在骨组织工程应用中，学者已经设计了多种天然或合成材料模拟天然骨形成过程中的力学性能以促进干细胞的成骨分化。天然材料包括胶原、丝素蛋白等，合成材料包括合成聚合物、生物陶瓷和金属等。例如Hsieh等(Hsieh W T,Liu Y S,Lee Y H,Rimando M G,Lin K H,Lee O K.Matrixdimensionality and stiffness cooperatively regulate osteogenesis ofmesenchymal stromal cells.Acta Biomater,2016,32:210-222)用聚丙烯酰胺制备了骨组织工程支架。这些材料的基质刚度往往是静态的，然而，在体内骨修复过程中，骨缺损修复是一个复杂而漫长的过程。随着新生骨组织的形成和重塑，缺损部位的刚度也随局部力学强度的逐渐恢复而不断变化(Metz C,Duda G N,Checa S.Towards multi-dynamicmechano-biological optimization of 3D-printed scaffolds to foster boneregeneration.Acta Biomater.2020；101:117-127)。因此，在骨修复过程中全程使用任何一种恒定不变的刚度，对于骨再生和功能重建不是一种理想的生物力学条件。设计一种具有可变力学性能的基质材料可模拟骨修复过程中的基质刚度变化，对促进干细胞的成骨分化及骨缺损修复十分重要。

目前主要利用水凝胶材料实现动态刚度变化的骨组织工程支架，可通过温度控制(Zhang J,Yang H,Abali B E,Li M,Xia Y,Haag R.Dynamic mechanics-modulatedhydrogels to regulate the differentiation of stem-cell spheroids in softmicroniches and modeling of the nonlinear behavior.Small.2019；15(30):e1901920.)、光控制(Stowers R S,Allen S C,Suggs L J.Dynamic phototuning of 3Dhydrogel stiffness.Proc Natl Acad Sci U S A.2015；112(7):1953-1958.)、磁控制(Corbin E A,Vite A,Peyster E G,et al.Tunable and reversible substratestiffness reveals a dynamic mechanosensitivity of cardiomyocytes.ACS ApplMater Interfaces.2019；11(23):20603-20614.)等不同的手段实现刚度的变化。然而，受水凝胶本身刚度低的限制，支架刚度变化范围较小，且降解速度较快，难以很好地模拟骨再生过程中的刚度变化。

发明内容

为了克服上述技术缺点，本发明的目的是提供一种刚度可调的多孔液态金属骨组织工程支架，本发明的目的是通过以下措施实现的：