一種微球堆積型形狀記憶多孔支架的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及生物材料及功能高分子材料，尤其涉及一種微球堆積型載藥形狀記憶多孔支架的制備方法，而且將形狀記憶功能與組織工程與藥物控釋功能結合到一起，主要用于微創(chuàng)植入手術，促進骨組織生長的生物材料領域。
【背景技術】
[0002]形狀記憶聚合物(SMPs)是一類新型功能高分子材料。SMPs能夠在適當的刺激條件(如溫度、光、電磁或溶劑等)下，響應環(huán)境變化，而相應發(fā)生形狀轉變的聚合物。形狀記憶聚氨酯一般由軟段和硬段組成，軟段主要是由聚酯多元醇或聚醚多元醇組成，硬段通常包括二異氰酸酯和擴鏈劑部分。因此通過調節(jié)形狀記憶聚氨酯軟硬段的比例可以調節(jié)材料的轉變溫度，使得材料的轉變溫度在人體體溫37°C附近。同時形狀記憶聚氨酯還具有較好的機械性能、良好的血液相容性，使得形狀記憶聚氨酯材料在生物醫(yī)學領域具有廣泛的應用前景?，F在已經應用在導尿管、骨折固定、藥物釋放、矯形外科等方面。
[0003]組織工程是一個涉及生物學、化學、醫(yī)學、材料學等多學科多領域的交叉研宄課題。在組織工程中，支架材料的選擇和支架的構建是其中的關鍵環(huán)節(jié)。良好的支架材料需要具有一定的穩(wěn)定性，例如長方體、立方體、圓柱體等，以便于植入體內后形成一個較固定的新生組織生長空間，但臨床上很多缺損為非規(guī)則性缺損，形狀固定的材料很難完整的修復缺損空間?；谏鲜鲈颍山到獾腟MPs以其靈活的可變型性，可適應不同形狀的缺損的同時達到微創(chuàng)手術的目的。
[0004]理想的組織工程支架材料應具備以下條件:①良好的組織相容性和良好的表面活性，有利于細胞的黏附，并為細胞在其表面生長、增殖和基質分泌提供良好的微環(huán)境。②具有可塑性，可被加工成所需的形狀，并有一定的機械強度，在植入體內后的一定時間內仍可保持其形狀，使新形成的組織具有一定的外形。③具有三維立體結構，材料必須是高度多孔的，類似泡沫狀，孔隙率達到80%以上，具有較大的內表面積，一方面有利于細胞的植入黏附，另一方面有利于細胞營養(yǎng)成分的滲入和細胞代謝產物的排出。④具有生物可降解性，在組織形成過程中能逐漸分解，不影響新生組織的結構和功能。所以，基于上述要求的可降解的具有形狀記憶功能的多孔支架，以其良好的組織相容性、易加工塑型性、高度的貫通性和生物降解性能，在骨組織修復及填充方面將有極大的應用前景。
[0005]到目前為止，有很多多孔聚合物的制備方法?？梢灾频貌煌讖酱笮。讖叫螒B(tài)，孔徑分布，以及排列有序的多孔聚合物，其中主要由多孔聚合物的結構特征和組成的材料性質決定其應用。目前制制備多孔支架的方法主要有粒子瀝濾法、致孔劑法、靜電紡絲法、發(fā)泡法、超臨界法、乳化模板法、熱誘導的相分離法、高內在相乳液法等，但也存在其自身的局限性，如粒子瀝濾法只能得到有限三維尺寸的多孔結構、不利于細胞迀移；致孔劑法容易殘留致孔劑，易于形成細胞毒性；靜電紡絲法機械性能差，微孔結構難以控制；發(fā)泡法制備的支架孔洞過小或孔洞不連通不利于細胞粘附及生長；高內在相乳液法因后期除雜過程不易，難于得到高純度的多孔材料，易形成細胞毒性等，上述方法可控性較低，很難滿足多孔支架對孔徑大小、孔隙率、生物相容性的要求。
[0006]目前，中國專利申請201210121194.1公布了微球堆積型多孔支架的制備方法，但是未涉及材料的功能化，即材料不具有形狀記憶功能。根據前面的分析，為了適應不同形狀的組織缺損，以及達到微創(chuàng)手術的目的，本發(fā)明根據人體的生理環(huán)境特征選用了轉變溫度在人體體溫37°C左右的形狀記憶高分子材料。中國專利申請?zhí)?01210275835.9公布了制備具有形狀記憶功能的多孔支架的方法，但是此方法采用蔗糖作為致孔劑，容易導致支架本身孔結構不均勻以及載藥效率不高的問題。本方法制備的多孔支架由微球堆積而成，可以實現藥物攜載和多孔結構的同步形成，而且無需犧牲材料，保證了支架的生物相容性能。值得一提的是，在該支架中微球顆粒均勻分布，在植入后能夠穩(wěn)定的高效的釋放藥物，以達到促進病變組織自修復的目的。用該方法制得的多孔支架具有良好的形狀記憶性、生物相容性和生物降解性能，還具有藥物緩釋功能，在組織工程方面將有極大的應用前景。經試驗證明本發(fā)明所提供的制備方法具有孔徑可控且大小均一，無需致孔犧牲材料，原料低廉易得等優(yōu)點。

【發(fā)明內容】

[0007]鑒于現有技術的以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種微球堆積型多孔支架的制備方法，目標產品用于替代及修復非承重部位的骨組織如上頒竇等。并使其具有支架孔徑大小可控、孔隙率、生物相容性良好的優(yōu)點。
[0008]本發(fā)明的目的是通過如下的手段實現的。
[0009]一種微球堆積型形狀記憶多孔支架的制備方法，在具有形狀記憶功能的材料中通過致孔劑和藥物的作用形成藥物攜載和多孔結構而制備具有形狀記憶功能和藥物功能的多孔支架，其特征在于，采用如下的方法獲得目標多孔支架，主要包含以下步驟:
[0010]I)載藥海藻酸鈣水凝膠微球的制備:
[0011]在質量分數為0.5%的海藻酸鈉溶液中加入一定量的藥物因子(例如BMP-2，則按照多孔支架聚合物質量的1_3%。加入)，然后通過微流泵電噴技術將其推入質量分數為2%的氯化鈣溶液中，使其發(fā)生交聯反應生成載有藥物因子的海藻酸鈣水凝膠微球；在制備過程中，微流泵的推速為60mL/h，高壓直流電的電壓是20kv ；
[0012]2)多孔結構的制備:
[0013]將形狀記憶支架材料，4，4'_二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)偶聯的聚乙二醇-聚己內酯共聚物(PEG-PCL-PU)，溶于DMF與CH2Cl2 (v/v為2:8)的混合溶劑中，按材料與微球質量比為1:4的比例將溶液灌注于堆積有海藻酸鈣水凝膠微球的模具中，經超聲分散均勻之后置于通風櫥，待有機溶劑揮發(fā)完全之后，冷凍干燥處理24小時；由于海藻酸鈣水凝膠微球中的水分被去除而導致微球體積縮小，從而制得載有藥物因子的多孔形狀記憶聚合物支架。
[0014]所述藥物因子可為以下藥物中的一種:地塞米松、骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMP-2、表皮生長因子類藥物、神經生長因子、成纖維細胞生長因子，并通過海藻酸鈣水凝膠微球的制備，可攜載多組分的藥物，從而實現更好的組織修復。藥物因子的加入量可視具體情況而定，對于BMP-2，可按照多孔支架聚合物質量的0.5-3%。加入；地塞米松可按照0.5-2%加入。
[0015]通過在所述I)步驟中改變初始的海藻酸鈣水凝膠微球體積的大小或在2)步驟控制冷凍干燥的時間來調控支架的孔徑大小。
[0016]目標產品投入使用時，先在41°C條件下將支架變形，(TC冷凍塑形，通過微創(chuàng)植入手術植入人體體內后，可在體溫環(huán)境(37°C )或體外人為創(chuàng)造的溫度(41°C )條件下，壓縮了支架逐漸回復至初始具有多孔結構的形態(tài)，同時釋放藥物因子，從而將組織工程、藥物釋放，形狀記憶功能結合到一起應用于組織工程骨修復及填充領域。
[0017]與傳統(tǒng)制備方法相比，本方法制備的多孔支架由微球堆積而成，可以實現藥物攜載和多孔結構的同步形成；無需犧牲材料，從而不影響支架的生物相容性能；支架的孔徑大小可依據堆積的微球的大小以及冷凍干燥的時間來調控。支架材料具有生物降解性能，在組織形成過程中能逐漸分解，不影響新生組織的結構和功能，而且還有良好的生物相容性，有利于細胞的黏附，并為