一種可控血管化人工骨移植物的製作方法

2023-05-15 08:26:36 1

專利名稱：一種可控血管化人工骨移植物的製作方法
技術領域：
本發明屬於生物醫學工程領域，具體涉及一種「軟組織窗」式可控血管化人工骨移植物，主要用於控制人工骨移植物修復骨缺損時血管化的程度，保證人工骨移植物活性，促進骨缺損修復效果。
背景技術：
骨缺損是骨科臨床中的常見疾病，目前臨床上主要採用骨移植術治療骨缺損，促進骨折癒合。採用自體骨移植修復骨缺損，至今仍是骨移植的「金標準」。但是，自體骨的骨量有限，且取骨手術增加了患者的創傷和痛苦、延長了手術時間，存在供區感染、出血、疼痛等併發症。同種異體骨、異種骨等骨移植替代物雖能避免二次手術，但骨修復效果欠佳，且存在免疫排斥及傳染疾病的風險。組織工程概念的提出和骨組織工程技術的發展為骨缺損的臨床治療提供了一種新選擇。利用組織工程技術構建骨組織的基本方法，是將成骨性種子細胞與各種支架材料組成人工骨移植物修復骨缺損。它的成骨性能與自體骨接近，兼具骨傳導性、骨誘導性和骨生成性，同時不受骨量的限制，無供區併發症和免疫排斥反應及傳播疾病的危險，是一種非常理想的骨移植物。然而，儘管在實驗室中已能達到滿意的人工骨構建效果，但在體外成活良好的人工骨移植物植入體內後無法及時獲得充分的營養支持，細胞大量死亡，難以發揮成骨活性，因此迄今為止仍未在臨床實際中得到普遍應用，其主要原因在於(1)骨移植物血管化不足良好的血管長入能夠保證移植細胞足夠的營養供應， 及時清除細胞代謝產物，為細胞提供良好的新陳代謝環境。若植入的骨替代物在體內血管化程度不足，無法為支架內部提供充足的血供，會導致支架內的骨種子細胞因缺乏養分而迅速死亡，嚴重降低了人工骨的骨誘導性和骨生成性。(2)骨移植物局部過度血管化有研究表明，移植物植入體內後在移植物與宿主組織界面(尤其是軟組織界面)局部存在過度血管化導致的炎症及纖維化問題。由於所形成的纖維結締組織生長速度遠遠快於新生骨長入速度，在移植物表面形成纖維化阻隔，導致新生血管難以長入人工骨移植物內部，移植細胞因營養缺乏死亡，使修復歸於失敗。因此，如何實現人工骨替代物體內移植後血管化的可控性，既能夠保證移植物整體快速、充分血管化的同時，又可以避免局部過度血管纖維化，成為其臨床應用亟需解決的問題。

發明內容
針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在於，構建一種可控血管化人工骨移植物，以實現移植後的可控血管化，有效提高臨床療效，為移植細胞提供良好的營養供應及新陳代謝環境，同時避免移植物局部過度血管纖維化，促進人工骨移植後的成骨活性，促進組織工程化人工骨移植物的廣泛臨床應用。為實現上述任務，本發明採取如下的技術解決方案
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一種可控血管化人工骨移植物，其特徵在於，該可控血管化人工骨移植物由軟組織窗、軟組織窗錨座和細胞-支架複合體相互配合成為一體，其中，軟組織窗和軟組織窗錨座的材質為醫用可吸收材料，細胞-支架複合體的材質為醫用合金；所述的軟組織窗的形狀是圓形薄片，圓形薄片中央帶有圓形可調通孔；所述的軟組織窗錨座的形狀是環形套筒，軟組織窗鑲嵌於軟組織窗錨座上；所述的細胞-支架複合體為多孔圓柱狀，細胞-支架複合體內有均勻分布的成骨細胞，細胞密度為4X 104/mm2，細胞-支架複合體和軟組織窗錨座套接在一起，且細胞-支架複合體和軟組織窗之間形成間隙。本發明的可控血管化人工骨移植物，其創新點在於1、可直接移植入骨缺損部位進行缺損修復，通過調整軟組織窗孔徑的大小，控制人工骨移植物與宿主軟組織的接觸面積，保證適量的軟組織長入，進而實現移植物血管化的可控性，利於實現移植物整體快速、充分血管化。2、軟組織窗的設置避免了細胞-支架複合體大面積接觸軟組織，控制支架表面的血管化進程，從而防止移植物局部過度血管纖維化，保障及促進人工骨移植後的成骨活性。3、細胞-支架複合體的支架為鈦合金(材質為Ti-6A1_4V)，採用電子束熔化成形 (EBM)技術製造，具有可控的內部交聯多孔結構和良好的生物活性，利於新生血管的長入及支架內新生血管網的形成；採用灌注式生物反應器及動態細胞接種-培養技術複合成骨細胞，細胞密度達到4X104/mm2，細胞在支架內均勻分布，利於新生骨形成及骨缺損修復。4、軟組織窗錨座及軟組織窗均為醫用可吸收材料製造，在體內無毒副作用而且生物相容性好，植入體內後可緩慢降解吸收，避免二次手術的風險。


圖1是本發明的可控血管化人工骨移植物結構示意圖；圖2是本發明的可控血管化人工骨移植物剖面結構示意圖；圖3是本發明的可控血管化人工骨移植物製備過程示意圖；其中，(a)表示將軟組織窗裝配於軟組織窗錨座上，(b)表示將軟組織窗錨座壓配於細胞-支架複合體上，(C)表示將細胞-支架複合體植入骨缺損中。下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
具體實施例方式參照附圖1-3所示，本實施例給出一種可控血管化人工骨移植物，由軟組織窗1、 軟組織窗錨座2和細胞-支架複合體3相互配合成為一體。軟組織窗1的材質為醫用可吸收材料，本實施例選用聚己內酯，體內降解周期為 1-2年，採用快速成型技術製造，製成直徑為D1、厚度為Hl的圓形薄片，中央帶有圓形可調性通孔D2，通孔D2的孔徑可調範圍為2mm-10mm，通過調整軟組織窗1孔徑的大小，控制人工骨移植物與宿主軟組織接觸面積，進而實現移植物血管化的可控性。軟組織窗錨座2的材質為醫用可吸收材料，本實施例也選用聚己內酯，採用快速成型技術製造，製成直徑為D3，厚度為D4，高度為H2的環形套筒，供安裝(鑲嵌)軟組織窗 1使用。
細胞-支架複合體3的材質為醫用合金，本實施例選用鈦合金(材質為 Ti-6A1-4V)，採用電子束熔化成形(EBM)技術製造，製成多孔圓柱狀，孔形態為模擬C60原子空間陣型的立體網狀結構、孔徑1000 μ m、孔隙率70%、孔間連接率100%。高度為H3、直徑為D5。採用灌注式生物反應器及細胞動態接種-培養技術在支架內複合活性成骨細胞， 達到4X IO4細胞/表面積的細胞承載率。採用灌注式生物反應器及動態細胞接種_培養技術，在細胞_支架複合體3上複合成骨細胞，細胞密度達到4X104/mm2，細胞在細胞-支架複合體3內均勻分布。將上述軟組織窗錨座2壓配於細胞-支架複合體3上，軟組織窗錨座2與細胞-支架複合體3重合部分的高度為H4，使細胞-支架複合體3和軟組織窗1之間形成間隙，供新生血管網絡及軟組織長入，為移植細胞生長及新生骨組織形成提供良好的營養供應及新陳代謝環境。本發明的操作如圖3所示首先按照骨缺損4的實際狀態，選擇適合孔直徑的軟組織窗1，並將其鑲嵌於軟組織窗錨座2上(圖3中的a步驟)，再將安裝有組織窗1的軟組織窗錨座2壓配於細胞-支架複合體3 (圖3中的b步驟)頂端，組裝完成後，將製成的可控血管化人工骨移植物放置於骨缺損4處(圖3中的c步驟)進行修復。需要說明的是，上述實施例中，細胞-支架複合體3也可以選用任何醫用材料，不限於鈦合金。軟組織窗1和軟組織窗錨座2的也可以選用任何醫用可吸收材料，也不限於採用聚己內酯，凡是採用本發明的結構，均應屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種可控血管化人工骨移植物，其特徵在於，該可控血管化人工骨移植物由軟組織窗(1)、軟組織窗錨座( 和細胞-支架複合體C3)相互配合成為一體，其中，軟組織窗(1) 和軟組織窗錨座O)的材質為醫用可吸收材料，細胞-支架複合體C3)的材質為醫用合金； 所述的軟組織窗(1)的形狀是圓形薄片，圓形薄片中央帶有圓形可調通孔；所述的軟組織窗錨座( 的形狀是環形套筒，軟組織窗(1)鑲嵌於軟組織窗錨座( 上；所述的細胞-支架複合體C3)為多孔圓柱狀，細胞-支架複合體(3)內有均勻分布的成骨細胞，細胞密度為 4X104/mm2，細胞-支架複合體(3)和軟組織窗錨座(2)套接在一起，且細胞-支架複合體 (3)和軟組織窗(1)之間形成間隙。
2.如權利要求1所述的可控血管化人工骨移植物，其特徵在於，所述的醫用合金質為鈦合金。
3.如權利要求2所述的可控血管化人工骨移植物，其特徵在於，所述的鈦合金的材質為 Ti-6A1-4V。
4.如權利要求1所述的可控血管化人工骨移植物，其特徵在於，所述的醫用可吸收材料為聚己內酯。
5.如權利要求1所述的可控血管化人工骨移植物，其特徵在於，所述的圓形可調通孔的直徑範圍為2mm-10mm。
6.如權利要求1所述的可控血管化人工骨移植物，其特徵在於，所述的細胞-支架複合體⑶的孔形態為模擬C60原子空間陣型的立體網狀結構、孔徑ΙΟΟΟμπκ孔隙率70%、孔間連接率100%。
全文摘要
本發明公開了一種可控血管化人工骨移植物，由軟組織窗、軟組織窗錨座和細胞-支架複合體相互配合成為一體；細胞-支架複合體為複合有活性成骨細胞的多孔醫用合金；軟組織窗和軟組織窗錨座均由醫用可吸收材料製成，通過調整軟組織窗孔徑的大小控制人工骨移植物與宿主軟組織接觸面積，進而實現移植物血管化的可控性。能實現移植後的可控血管化，為移植細胞提供良好的營養供應及新陳代謝環境，同時避免移植物局部過度血管纖維化，促進人工骨移植後的成骨活性，有效提高臨床療效。
文檔編號A61L27/18GK102415922SQ20111026243
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者馮亞非, 張揚, 張智勇, 李祥, 王林, 雷偉, 馬真勝 申請人:中國人民解放軍第四軍醫大學