[发明专利]一种鱼鳞基质骨修复材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种鱼鳞基质骨修复材料的制备方法及应用，属于生物医用材料和组织工程领域。本发明的鱼鳞基质骨修复材料的制备方法中，选用鱼鳞为原料，进行清洗除杂、脱细胞、碱处理剂和有机酸处理剂分别处理；在超声波辅助下进行脱胶原处理，得到保留鱼鳞天然各向异性微纳米结构的鱼鳞基质骨修复材料。本发明制备所得的鱼鳞基质骨修复材料保留了其天然各向异性微观结构，可用于引导细胞定向迁移生长和分化，不仅原料易得、理化性能和生物相容性优异，而且其表面具有微图案化的优势，可明显加速骨组织工程中的骨缺损修复再生，具有良好的临床应用前景。

技术领域

本发明属于生物医用材料和组织工程领域，具体涉及一种鱼鳞基质骨修复材料的制备方法及应用。

背景技术

天然细胞外基质(ECM)在骨、皮肤、血管及肌肉等组织中具有多种微纳米特性；其结构排列在纳米或微尺度上呈现高度各向异性的形貌。细胞外基质自组装形成的三维网络结构微环境，通过粘着斑的分布重组肌动蛋白丝来改变细胞的骨架和细胞核，为触发和调节细胞行为提供了关键的化学和物理线索。仿生ECM的三维微观结构化，能更好模拟细胞在机体内的生存环境，调控细胞行为并形成仿生结构。此外，通过调整微观结构特征可增强细胞沿沟槽方向的定向迁移，并可通过微观结构的密度、微纳米尺度以及机械信号调节干细胞或者成骨细胞的成骨分化，从而控制贴壁细胞的局部黏附行为和核形变化，利于骨祖细胞从缺损边缘沿着微观结构向骨损伤部位定向迁移，加速骨再生。因此，随着组织工程的不断发展，调控细胞微观结构化越来越受到重视，有望得以广泛应用。

目前，光蚀刻、软蚀刻、纳米压印、微接触印刷、静电纺丝或激光加工等微加工技术已被用于创建微/纳米图案来模拟天然ECM的结构特征，为模拟自然生理微环境、促进细胞间相互作用、组织工程和高通量药物筛选等研究提供了有力的工具。这些人工技术具有定位精度和微观结构一致性，确保了图案的微/纳米结构的保真度。尽管这些技术可构建更接近天然的ECM，但存在成本高、操作步骤复杂、设备昂贵和需要专业的操作人员等缺陷；此外，天然材料结构复杂、稳定性差、不易提纯以及人工合成材料的合成复杂耗时、反应条件苛刻或残留有毒有害试剂，极大限制了实际应用。因此，迫切需要寻找价格低廉、制备简便、来源广泛、生物相容性好的新材料。

鱼鳞是覆盖在表皮真皮层上的矿化板，主要由I型胶原和羟基磷灰石组成。目前，我国每年渔业加工中产生的鱼类垃圾高达720万吨，占鱼体总重的30％～50％，其中5％左右是鱼鳞，大部分作为废物丢弃，造成了严重的环境污染和极大的资源浪费。然而，鱼鳞作为一种天然新型生物材料，具有与人体硬组织相似的高度有序层次结构和组成，具有良好的生物相容性、降解性和优异的机械性能。鱼鳞表面分布着放射状鳞沟和环状磷脊结构类似于天然细胞外基质的微米拓扑结构，其通过调节细胞黏附并为胞内骨架组装提供重要的生物物理信号，明显影响细胞的粘附、增殖、迁移和分化等重要的细胞行为。这种天然的微观结构基质可以引导细胞沿着磷脊通道快速定向迁移，有利于快速修复组织缺损，促进受损组织或器官的修复。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种鱼鳞基质骨修复材料的制备方法及应用，制备直接、简单、绿色、低成本且保留鱼鳞天然各向异性微纳米结构的鱼鳞基质，该鱼鳞基质以羟基磷灰石为主要成分，不但生物相容性良好、无免疫原性反应，而且其表面各向异性微纳米结构形貌通过引导细胞定向迁移生长促进软或硬组织修复再生，还解决了鱼鳞原料浪费和环境污染问题，有利于可持续发展和人类健康。

本发明的第一个目的在于，一种鱼鳞基质骨修复材料的制备方法，包括如下步骤：

1)新鲜鱼鳞去除油脂、鱼银杂质后，用蒸馏水反复彻底清洗，随后，将清洗后的鱼鳞进行脱细胞处理后，自然风干，得干燥鱼鳞；

2)将步骤1)所得干燥鱼鳞与碱处理剂加入至反应器中，搅拌均匀，室温反应后，去离子水反复清洗鱼鳞至中性，沥干，得碱处理后的中性鱼鳞；

3)将步骤2)所得中性鱼鳞与有机酸处理剂加入至反应器中，搅拌均匀，于室温下继续反应后，去离子水反复清洗鱼鳞至中性，沥干，得酸处理后的中性鱼鳞；