專利名稱：具有多級孔結(jié)構(gòu)的納米纖維管狀支架的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種組織工程管狀支架，特別涉及一種具有多級孔結(jié)構(gòu)的多通道納米 纖維藥物緩釋支架。
背景技術：
近年來，組織工程作為修復和重建組織的一項新技術，取得了飛速的發(fā)展。作為細 胞和組織生長發(fā)育的支持物、細胞因子和功能藥物的載體的組織工程管狀支架，在組織工 程技術發(fā)展過程中，受到了研究者的重視。組織工程管狀支架作為組織工程技術的基礎，其 應用環(huán)境相當復雜。因而，設計和制備組織工程管狀支架時，應從多個角度考慮、兼顧各種 因素，才能更為適應復雜環(huán)境、取得好的修復效果、有效規(guī)避風險。目前組織工程科學研究及臨床應用中，所使用的具有納米級纖維三維網(wǎng)絡形態(tài)的 支架，結(jié)構(gòu)參數(shù)和形式單一且不精確，缺乏多種形態(tài)和分布的通道，更無多個尺寸等級和多 種形態(tài)的微孔，因此只能得到簡單的實驗結(jié)果和有限的臨床效果。另一方面，現(xiàn)有的藥物緩釋體系的研究和應用中，多以一維結(jié)構(gòu)的微球和二維結(jié) 構(gòu)的膜為主，未見兼具復雜拓撲結(jié)構(gòu)與藥物控制釋放功能的三維藥物緩釋支架模型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的組織工程管狀支架。本發(fā)明所采取的技術方案是—種組織工程管狀支架，支架具有至少一個的軸向排列的通道，通道的橫截面 面積為300μπι2 300mm2，支架的非通道部分存在相互貫通的微孔，微孔的體積范圍為 1 μ m3 5000 μ m3，微孔孔徑分布曲線呈鋸齒狀，支架微孔壁為納米級纖維三維網(wǎng)絡。優(yōu)選的，支架由可生物降解的高分子材料制成。優(yōu)選的，支架中添加有可改變細胞與組織的生理學行為的藥物。本發(fā)明的組織工程管狀支架具有通道和纖維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，特別是在支架中存在特殊 設計的微孔，因而具有更高的孔隙率和通透性，這種多級孔結(jié)構(gòu)從形態(tài)上更符合細胞生長 發(fā)育和組織形成的需求。本發(fā)明的組織工程管狀支架通過對生物功能性藥物的負載和控制釋放，從化學和 生物結(jié)構(gòu)改善細胞生長的環(huán)境，通過對功能藥物組分及其釋放的選擇和設定，可以更為有 效地實現(xiàn)對細胞和組織的生理行為的控制和誘導，使支架的應用效果得到巨大提升。這種孔徑分布曲線呈鋸齒狀、孔形態(tài)豐富多樣的多級孔結(jié)構(gòu)，更有利于支架中藥 物釋放的精確控制，使支架的力學性能及降解性質(zhì)可控調(diào)節(jié)范圍更為廣闊，因而可得到更 優(yōu)異的應用效果。


圖1是本發(fā)明組織工程管狀支架實體中的通道及非通道部分的30X掃描電鏡圖；圖2是本發(fā)明組織工程管狀支架實體非通道部分橫截面的150X掃描電鏡圖；圖3是本發(fā)明組織工程管狀支架實體非通道部分中的微孔結(jié)構(gòu)的500X掃描電鏡圖；圖4是本發(fā)明組織工程管狀支架實體非通道部分中的納米級纖維結(jié)構(gòu)的5000X 掃描電鏡圖；圖5是本發(fā)明組織工程管狀支架的⑶NF及bFGF釋放曲線；圖6是本發(fā)明組織工程管狀支架中的多級孔結(jié)構(gòu)的孔徑分布曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例，進一步說明本發(fā)明。一種組織工程管狀支架，支架具有至少一個的軸向排列的通道，通道的橫截面 面積為300μπι2 300mm2，支架的非通道部分存在相互貫通的微孔，微孔的體積范圍為 1 μ m3 5000 μ m3，微孔孔徑分布曲線呈鋸齒狀，支架微孔壁為納米級纖維三維網(wǎng)絡。多級孔結(jié)構(gòu)指微孔孔徑分布曲線呈鋸齒狀，即微孔的孔徑在規(guī)定的連續(xù)范圍內(nèi)非 單一的正態(tài)分布，而是在規(guī)定的范圍中的某一個或者幾個互不重疊的區(qū)間內(nèi)集中分布。在 納米、亞微米、微米、毫米——不同等級的尺度上，微孔的孔徑分布曲線存在一個或多個峰 值，且峰與峰之間存在一定的間距，呈鋸齒狀，如圖6所示。優(yōu)選的，支架由可生物降解的高分子材料制成，可生物降解的高分子材料包括殼 聚糖、纖維素、膠原、絲膠蛋白、明膠、透明質(zhì)酸、海藻酸及其衍生物，由丙交酯、乙交酯、己內(nèi) 酯、二氧環(huán)雜己烷酮、碳酸酯、原酸酯單體、瑪啉二酮單體、蘋果酸內(nèi)酯單體、磷酸酯單體制 備的均聚物、無規(guī)、嵌段共聚物，聚氨酯，聚醚，聚脲，聚3-羥基丁酸酯、聚3-羥基戊酸酯，以 及上述高分子的共聚物和共混物。優(yōu)選的，支架中添加有可改變細胞與組織的生理學行為的藥物，以改善支架的生 物學功能。藥物包括免疫抑制劑、低分子量肝素、麻醉劑、生長因子、細胞骨架成分、再生促 進功能基因及相應來源的功能官能團、序列及片段。本發(fā)明的組織工程管狀支架，通過將高分子材料用溶劑溶解，然后注入含有致孔 劑的模具中，定型后去除溶劑和致孔劑，通過干燥即可得到。本發(fā)明的組織工程管狀支架因具有不同的通道的數(shù)目及排列方式，不同形態(tài)的通 道橫截面、非通道部分的微孔，支架性能及應用環(huán)境產(chǎn)生進一步擴展。如作為進一步改進， 在支架的中心軸輻射方向，支架的通道間的距離呈梯度變化，可使支架孔隙率及力學性能 具有梯度性質(zhì)；又如，作為進一步改進，支架中的通道具有梅花形橫截面，或者支架中的微 孔為除球形、圓柱形以外的其他形態(tài)，使得支架的結(jié)構(gòu)特別適合某些組織細胞的生長。在支架的制備過程中，可通過控制以下參數(shù)調(diào)節(jié)藥物分子與支架基質(zhì)材料之間的 親和力(1)選用不同組分、分子量的高分子原料；(2)控制多級微孔結(jié)構(gòu)的孔徑分布曲線 形態(tài)；(3)選擇藥物分子與支架材料之間的連結(jié)方式，如共價鏈接、物理吸附和氫鍵；(4)調(diào) 節(jié)支架的降解速率。使用以上手段，可人為設定支架中藥物的釋放曲線，以滿足應用的具體 需求，如可制得具有沿時間軸依次釋放多種藥物的能力的支架。圖1 4為本發(fā)明組織工程管狀支架典型模型的掃描電鏡圖，從圖中可以看出，本發(fā)明的組織工程管狀支架具有明確的多級結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層次分明，具有不同尺寸等級，通道橫截面面積在300 μ m2 300mm2之間，單個微孔的體積范圍在1 μ m3 5mm3之間，納米級纖維 的直徑在IOnm IOOOnm之間。圖5是本發(fā)明組織工程管狀支架典型模型中的GDNF及bFGF釋放曲線，從圖中可 以看出，兩種因子隨時間近似線性釋放，24d內(nèi)未見暴釋現(xiàn)象，本發(fā)明的組織工程管狀支架 具有良好的藥物釋放控制功能。使用壓汞儀測定支架中的孔徑及孔徑分布，得到本發(fā)明組織工程管狀支架典型模 型中的多級微孔結(jié)構(gòu)的孔徑分布曲線，如圖6所示。從圖中可以看出，微孔的孔徑分布曲線 呈鋸齒狀，在孔徑范圍0. 1 μ π! 1000 μ m范圍內(nèi)，支架中所有微孔的孔徑在3 μ m 15 μ m 區(qū)間、16 μ m 30 μ m區(qū)間及35 μ m 60 μ m區(qū)間三個區(qū)間內(nèi)集中分布。多級微孔的結(jié)構(gòu)對 于支架整體力學性能及降解性能有至關重要的作用。綜上所述，本發(fā)明的組織工程管狀支架在具有通道和纖維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的同時，具有 精細的多級微孔結(jié)構(gòu)，因而具備更高的孔隙率和更好的通透性，且多級孔結(jié)構(gòu)從形態(tài)上更 符合細胞生長發(fā)育和組織形成的需求。本發(fā)明的組織工程管狀支架通過對生物功能性藥物的負載和控制釋放，從化學和 生物結(jié)構(gòu)改善細胞生長的環(huán)境，可以更為有效地實現(xiàn)對細胞和組織的生理行為的控制和誘 導，使支架的應用效果得到巨大提升。多級孔結(jié)構(gòu)的存在及形式，更有利于支架中藥物釋放的精確控制，使支架的力學 性能及降解性質(zhì)可控調(diào)節(jié)范圍更廣，因而可得到更優(yōu)異的應用效果。
權利要求
一種組織工程管狀支架，其特征在于所述支架具有至少一個的軸向排列的通道，所述通道的橫截面面積為300μm2～300mm2，支架的非通道部分存在相互貫通的微孔，微孔的體積范圍為1μm3～5000μm3，微孔孔徑分布曲線呈鋸齒狀，支架微孔壁為納米級纖維三維網(wǎng)絡。
2.根據(jù)權利要求1所述的組織工程管狀支架，其特征在于所述納米級纖維的直徑為 IOnm lOOOnm。
3.根據(jù)權利要求1所述的組織工程管狀支架，其特征在于所述支架由可生物降解的 高分子材料制成。
4.根據(jù)權利要求3所述的可生物降解的高分子材料包括殼聚糖、纖維素、膠原、絲膠 蛋白、明膠、透明質(zhì)酸、海藻酸及其衍生物，由丙交酯、乙交酯、己內(nèi)酯、二氧環(huán)雜己烷酮、碳 酸酯、原酸酯單體、瑪啉二酮單體、蘋果酸內(nèi)酯單體、磷酸酯單體制備的均聚物、無規(guī)、嵌段 共聚物，聚氨酯，聚醚，聚脲，聚3-羥基丁酸酯、聚3-羥基戊酸酯，以及上述高分子的共聚物 和共混物。
5.根據(jù)權利要求1所述的組織工程管狀支架，其特征在于所述支架添加有可改變細 胞與組織的生理學行為的藥物。
6.根據(jù)權利要求5所述的組織工程管狀支架，其特征在于可改變細胞與組織的生理 學行為功能的藥物包括免疫抑制劑，低分子量肝素，生長因子、細胞外基質(zhì)成分、細胞骨架 成分、再生促進功能基因及相應來源的官能團、功能序列及片段。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有多級孔結(jié)構(gòu)的組織工程管狀支架。支架具有至少一個的軸向排列的通道，通道的橫截面面積為300μm2～300mm2，支架的非通道部分存在相互貫通的微孔，微孔的體積范圍為1μm3～5000μm3，微孔孔徑分布曲線呈鋸齒狀，支架微孔壁為納米級纖維三維網(wǎng)絡。同時，支架中含有改變細胞與組織的生理學行為功能的藥物，在應用過程中，可向其所在環(huán)境按一定規(guī)律釋放這些功能藥物，藥物種類、負載量和釋放速率可根據(jù)實際需要進行設定。這種具有精細拓撲結(jié)構(gòu)和生物學功能的組織工程支架，具有廣闊的前景。
文檔編號A61L27/14GK101810878SQ20101017167
公開日2010年8月25日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權日2010年5月14日
發(fā)明者全大萍, 曾晨光, 朱繼翔, 董鵬, 謝高藝 申請人:中山大學