組織工程骨與軟骨複合組織及其體外構建方法
2024-03-26 03:57:05
專利名稱：組織工程骨與軟骨複合組織及其體外構建方法
技術領域：
本發明涉及一種組織器官缺損修復用的組織工程骨與軟骨複合組織，以及這種複合組織的體外構建的方法。
背景技術：
目前臨床治療組織器官嚴重的缺損或功能障礙的有效措施是組織器官移植，但是這種治療方法具有諸多缺陷，如供體組織器官來源有限、對移植組織器官產生免疫排斥反應和增加病毒感染機率等。20世紀80年代，隨著細胞生物學與工程材料學等基礎學科的深入發展，科學家開始大膽探索合理解決這一世界醫學難題的新方法。「組織工程」的概念由此產生，它是應用工程學與生命科學的原理和方法，製備具有生物活性的替代物，以恢復、維持或提高受損組織的功能。組織工程的基本原理和方法是將體外培養擴增的正常組織細胞作為種子細胞，吸附於一種生物相容性良好並可被機體吸收的生物支架材料上形成複合物，將細胞-支架材料複合物植入機體組織、器官的病損部位，種子細胞在生物材料逐漸被機體降解吸收的過程中形成新的在形態和功能方面與相應器官、組織相一致的組織，而達到修復創傷和重建功能的目的。
採用組織工程學技術修復缺損的組織器官，具有移植材料來源廣泛、移植物可以在體外成形、避免或降低了免疫排斥反應和感染性疾病的播散等優點。目前採用組織工程技術已成功構建皮膚、骨、軟骨、肌腱、肝、心肌、膀胱等單一的工程化組織。
組織工程骨和組織工程軟骨的構建可以分為體內構建和體外構建兩種形式。體內構建是將成骨細胞或軟骨細胞等種子細胞直接與未成形的支架材料複合，然後採用注射的方式將複合物植入體內，複合體在體內塑形充填缺損區域，進而修復骨或軟骨缺損。體外構建是主要的構建方式，它是在體外將種子細胞直接接種在成形的相應支架材料內，經過體外初步培養後，通過手術直接植入缺損區域，進而修復骨與軟骨缺損。體外組織培養包括動態培養和靜態培養。
但是，在骨科臨床治療中，經常遇到患者同時存在骨與軟骨組織的缺損，需要同時完成缺損組織的修復，單一成分的組織工程骨或組織工程軟骨移植因此受到極大地限制。在採用單一成分的組織工程骨和組織工程軟骨進行複合時，兩種組織的界面處理是一個難點與關鍵點，主要體現在如下幾個方面(1)因為軟骨是比較柔韌的組織，組織再生能力極差，且厚度僅2～4mm，移植到關節內若固定不穩，極易脫落形成關節游離體。(2)若同時移植單一的組織工程骨與組織工程軟骨時，界面為平面，兩種組織之間易相互移位，造成修復失敗，目前對此尚無理想的固定措施。(3)骨與軟骨組織的細胞具有完全不同的功能，若構建的單一組織工程骨和組織工程軟骨直接複合時，由於支架材料為網孔狀結構，不同組織中的種子細胞會通過組織界面在兩種組織間自由遊走，從而大大影響組織缺損的修復效果，甚至導致修復失敗。
發明內容
本發明的目的在於是提供一種組織工程骨與軟骨複合組織，這種複合組織的組織工程骨與軟骨不易發生移位，也能夠避免移植後不同組織中的種子細胞在界面處的自由遷移。
本發明採用的技術方案是組織工程骨與軟骨複合組織，包括組織工程骨和組織工程軟骨，組織工程骨與組織工程軟骨通過相互結合的界面處互為凹凸關係的凹槽和凸起嵌合在一起，在兩種組織界面間噴塗有生物蛋白凝膠。
本發明還提供了一種組織工程骨與組織工程軟骨複合組織體外構建的方法，該方法包括如下過程(1)體外製備用於組織構建的支架材料用模具製備或購買支架材料，進行界面預處理，使組織工程骨支架材料與組織工程軟骨支架材料相互結合的界面成為互為凹凸關係的界面；(2)單一的組織工程骨和組織工程軟骨的體外構建將體外大量擴增的成骨性種子細胞和成軟骨性種子細胞分別與相應的組織工程骨支架材料和組織工程軟骨支架材料複合，然後在體外進行靜態或動態培養；(3)將培養好的組織工程骨和組織工程軟骨兩種組織的結合界面噴塗生物蛋白凝膠，然後利用其互為凹凸關係的凹槽和凸起結構裝配嵌合在一起，形成複合組織。
本發明的有益效果是(1)組織工程骨與組織工程軟骨結合界面通過凹凸結構嵌合在一起，增加了複合組織的牢固性，將軟骨組織固定於骨組織上，解決了軟骨組織的固定問題，同時也減少了複合組織植入後的相互移位或脫落。(2)通過在兩種組織界面之間噴塗生物蛋白凝膠，可以阻擋不同組織中種子細胞的自由遷移。(3)可以實現體外分別構建組織工程骨與組織工程軟骨，再進行體外裝配，從而降低了複合組織的構建難度。(4)原材料容易獲取，植入體內後免疫原性極低。採用這種界面結合結構構建的複合組織，是一種能夠滿足臨床要求的骨與軟骨的具有生物活性的替代物。本發明提供的組織工程骨與組織工程軟骨複合組織體外構建的方法，與這種複合組織的結構相適應，具有如下優點(1)通過對支架材料進行界面預處理獲得凹凸結構，避免了在複合組織時對工程化組織的切割，從而保持了構建的組織的結構完整性，並且因為是對支架材料進行表面預處理，相對於對工程化組織本身進行處理來說更加容易。(2)通過體外構建單一組織，然後再進行體外裝配，使構建工作更容易進行。(3)使以後的植入手術變得更加簡單，創傷小，從而為相應的臨床移植工作奠定了堅實的基礎。
圖1為本發明的組織工程骨與軟骨複合組織的一種實施方式圖；圖2為本發明的組織工程骨與軟骨複合組織的另一種實施方式圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具本實施例對本發明的組織工程骨與軟骨複合組織的結合結構及其體外構建方法作進一步說明，以助於理解本發明的內容。
實施例1組織工程骨與軟骨複合組織，涉及組織工程骨組織和組織工程軟骨組織，組織工程骨組織與組織工程軟骨組織通過界面結合處互為凹凸關係的凹槽和凸起結構嵌合結構嵌合在一起。結合界面的凹槽和凸起結構可以如圖1和圖2所示，在組織工程骨1上有矩形或梯形凸起，在組織工程軟骨3上有與組織工程骨1結合表面上的矩形或梯形凸起相配合的矩形或梯形凹槽，兩種組織的凹槽和凸起相互嵌合裝配在一起，且在兩種組織的結合界面中有生物蛋白凝膠層2。生物蛋白凝膠層2除能夠阻擋不同種子細胞通過界面處在兩種組織之間的自由遷移外，還能夠增加工程骨組織和工程軟骨組織結合的牢固性。兩種組織上的凹槽和凸起的形狀也可以為其它形狀，只要達到兩者能夠穩固的嵌合在一起即可。凹槽既可如圖1和圖2所示，設置在組織工程軟3的結合面上，也可設置在組織工程骨1的結合面上，或者在一個組織的結合表面同時設置凹槽和凸起結構，凹槽和凸起的數量也不限於一個。
實施例2本實施例涉及的是組織工程骨與組織工程軟骨複合組織體外構建的方法，該方法包括如下過程(1)體外製備用於組織構建的支架材料用模具自己製備或購買所需形狀的能夠用於組織工程骨或組織工程軟骨的支架材料，進行界面預處理，使組織工程骨支架材料與組織工程軟骨支架材料相互結合的界面成為互為凹凸關係的界面；其結合的凹凸結構可以如圖1和圖2中所示的形狀。
(2)單一的組織工程骨和組織工程軟骨的體外構建利用現有的組織工程骨和組織工程軟骨的構建手段，將體外大量擴增的成骨性種子細胞和成軟骨性種子細胞分別與相應的組織工程骨支架材料和組織工程軟骨支架材料複合，然後採用已有的手段在體外進行靜態或動態培養。
(3)將培養好的組織工程骨和組織工程軟骨的結合界面噴塗生物蛋白凝膠，利用其互為凹凸關係的凹凸槽裝配組成在一起，形成複合組織，以待移植。
權利要求
1.一種組織工程骨與軟骨複合組織，包括組織工程骨和組織工程軟骨，其特徵在於所述的組織工程骨與組織工程軟骨通過結合界面處互為凹凸關係的凹槽和凸起嵌合在一起，在兩種組織界面間噴塗有生物蛋白凝膠。
2.一種組織工程骨與組織工程軟骨複合組織體外構建方法，該方法包括如下過程(1)體外製備用於組織構建的支架材料用模具製備或購買支架材料，進行界面預處理，使組織工程骨支架材料與組織工程軟骨支架材料相互結合的界面成為互為凹凸關係的表面；(2)單一的組織工程骨和組織工程軟骨的體外構建將體外大量擴增的成骨性種子細胞和成軟骨性種子細胞分別與相應的組織工程骨支架材料和組織工程軟骨支架材料複合，然後在體外進行靜態或動態培養；(3)將培養好的組織工程骨和組織工程軟骨兩種組織的結合界面噴塗生物蛋白凝膠，利用其互為凹凸關係的凹槽和凸起結構裝配嵌合在一起，形成複合組織。
全文摘要
本發明公開了一種組織工程骨與軟骨複合組織，包括組織工程骨和組織工程軟骨，所述的組織工程骨與組織工程軟骨通過結合界面處互為凹凸關係的凹槽和凸起嵌合在一起，在兩種組織界面間噴塗有生物蛋白凝膠。還公開了這種複合組織的體外構建方法。本發明的組織工程骨與軟骨複合組織界面結構具有組織結構完整、牢固、裝配方便和原料易得的優點，且凝膠還阻止了不同組織中的種子細胞在不同組織內的自由遷移。
文檔編號C12N5/08GK1631340SQ200510001968
公開日2005年6月29日 申請日期2005年1月13日 優先權日2005年1月13日
發明者段小軍, 楊柳 申請人:中國人民解放軍第三軍醫大學第一附屬醫院