阅读说明：本技术 一种用于促进骨愈合的组织工程凝胶支架及其制备方法 (Tissue engineering gel scaffold for promoting bone healing and preparation method thereof ) 是由 邵侃 丁诤 黄珊 陈功 陈诚 赵雪伶 唐雯玮 于 2020-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于促进骨愈合的组织工程凝胶支架的制备方法,该方法包含：步骤1,制备PVA-GMA/g-C3N4前驱体；步骤2,配置ICA溶液；步骤3,将所述的PVA-GMA/g-C3N4前驱体与所述的ICA溶液按体积比(4-6):1混合,搅拌均匀后,注入到骨损伤部位,经光交联固化后得到搭载药物的组织工程凝胶支架。本发明中组织工程化表皮的材料选用PVA-GMA/g-C3N4前驱体,在固化后具有较强的机械强度,在初期能为骨损伤部位提供良好的愈合环境,且伴随骨愈合的过程,凝胶支架可实现缓慢降解。通过搭载淫羊藿苷,有助于促进骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化。凝胶支架采取光交联法成型,可固化成任意形状,实现与缺损组织的紧密贴合。(The invention discloses a preparation method of a tissue engineering gel scaffold for promoting bone healing, which comprises the following steps: step 1, preparing a PVA-GMA/g-C3N4 precursor; step 2, preparing an ICA solution; and 3, mixing the PVA-GMA/g-C3N4 precursor with the ICA solution according to the volume ratio of (4-6) to 1, uniformly stirring, injecting the mixture into a bone injury part, and carrying out photo-crosslinking curing to obtain the tissue engineering gel scaffold carrying the drug. The PVA-GMA/g-C3N4 precursor is selected as the material of the tissue engineering epidermis, the mechanical strength is strong after the solidification, a good healing environment can be provided for the bone injury part in the early stage, and the gel scaffold can be slowly degraded along with the bone healing process. The icariin is carried, so that the proliferation and osteogenic differentiation of the mesenchymal stem cells are promoted. The gel scaffold is formed by a photo-crosslinking method and can be cured into any shape to realize close fit with the defective tissue.)

一种用于促进骨愈合的组织工程凝胶支架及其制备方法

技术领域

本发明属于组织工程骨再生技术领域，涉及一种载药骨支架，具体为一种用于促进骨愈合的组织工程化凝胶支架及其制备方法。

背景技术

作为脊椎动物体内最坚硬的器官，骨骼在日常生命活动过程中执行着保护内脏、支撑运动等一系列重要功能。在临床上，骨缺损是骨科治疗的难题之一，传统治疗骨缺损的方法有骨移植以及Ilizarow技术等，但这些方法的治疗周期长、费用高，且易伴随机体免疫反应、骨增生、二次骨折等多种并发症。因此，解决骨愈合问题显得尤为重要和紧迫，探寻一种有效的促进骨再生的新方法对于现代医学的发展具有非常重要的意义。

随着组织工程学的兴起和蓬勃发展，骨缺损的治疗有了新的方向。骨组织工程旨在为愈合过程中的细胞生长提供良好的细胞支架，这种生物材料支架可为细胞提供生存的三维空间，并可通过药物干预促进细胞的分化。

淫羊藿苷(Icariin，ICA)是我国常用中药淫羊藿的提取物，目前已有多项研究证实ICA可促进骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化，在骨缺损的临床治疗中具有广泛的应用前景。但由于给药方式受限，导致药物的利用率低，这也限制了其在骨修复领域的进一步应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷，利用组织工程和仿生学等相关原理，构建一种能够促进骨愈合的凝胶支架。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于促进骨愈合的组织工程凝胶支架的制备方法，该方法包含：

步骤1，制备PVA-GMA/g-C3N4前驱体；

步骤2，配置ICA溶液；

步骤3，将所述的PVA-GMA/g-C3N4前驱体与所述的ICA溶液按体积比(4-6):1混合，搅拌均匀后，注入到骨损伤部位，经光交联固化后得到搭载药物的组织工程凝胶支架。

较佳地，步骤1包含：

步骤1.1，将PVA溶解在DMSO中，再加入GMA和DMA，搅拌均匀，得到PVA-GMA；

步骤1.2，将所述的PVA-GMA与g-C3N4粉末以及光引发剂D-2959溶于PBS中，得到所述的PVA-GMA/g-C3N4前驱体。

较佳地，步骤1.1中，溶解在100mlDMSO中PVA的质量为5.0g-8.0g，加入GMA的量为0.32ml-0.79ml，加入DMA的量为6.5ml-8.1ml，将得到的溶液在60℃-70℃下搅拌12h-24h后，使混合物在丙酮中沉淀，真空干燥7天以上。

较佳地，步骤1.2中，先将质量分数为25％-35％的PVA-GMA和质量分数为6.25％-7.25％的g-C3N4溶解于PBS后，以50r/min-150r/min的速率搅拌30min-2h，再在混合溶液中添加浓度为0.3wt％～0.6wt％的D-2959。

较佳地，步骤2中，所述ICA溶液的溶剂为10％～20％的乙醇水溶液，制得ICA溶液的质量分数为10％-15％。

较佳地，步骤3所述的光交联固化的方法为在蓝光400-450nm下固化成型8s-10s。

本发明还提供了一种用于促进骨愈合的组织工程凝胶支架，所述用于促进骨愈合的组织工程凝胶支架通过上述的制备方法制得。

和现有技术相比，本发明可具有以下有益效果：

(1)组织工程化表皮的材料选用PVA-GMA/g-C3N4前驱体，在固化后具有较强的机械强度，在初期能为骨损伤部位提供良好的愈合环境，且伴随骨愈合的过程，凝胶支架可实现缓慢降解。

(2)本发明通过搭载淫羊藿苷，有助于促进骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化。

(3)凝胶支架采取光交联法成型，可固化成任意形状，实现与缺损组织的紧密贴合。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种用于促进骨愈合的组织工程凝胶支架的制备方法，所述的骨支架包含：模拟骨组织的光交联支架以及诱导骨髓间充质干细胞成骨分化的药物；模拟骨组织的光交联支架主要成分为甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)修饰的聚乙烯醇(PVA-GMA)与羟基化碳化氮(g-C3N4)纳米粒子复合而成的PVA-GMA/g-C3N4凝胶；诱导骨髓间充质干细胞成骨分化的药物选择淫羊藿苷(Icariin，ICA)。

用于构建组织工程化表皮的PVA-GMA/g-C3N4前驱体，光引发剂Darocur 2959(D2959)在吸收光子能量后迅速打断PVA-GMA上的双键，并迅速与g-C3N4表面的羟基以及附近其他PVA-GMA上断裂的双键发生化学键合，形成纳米复合结构，从而极大增强了凝胶的机械强度。

ICA是我国常用中药淫羊藿的提取物，ICA可促进骨髓间充质干细胞增殖，而骨髓间充质干细胞在特定条件下可向成骨细胞分化，因此通过ICA进行干预可促进骨细胞的分化和成熟，进而诱导骨的再生。

实施例

步骤1：制备前驱体

步骤1.1：将8.0g聚乙烯醇(PVA)溶于100ml二甲基亚砜(DMSO)中。加入0.32ml GMA和6.5ml DMA，在60℃下搅拌12h后，将混合物在丙酮中沉淀，过滤后真空干燥7天以上；

步骤1.2：以磷酸盐缓冲液(PBS)作为溶剂，依次加入质量分数为25％的PVA-GMA和质量分数为6.25％的g-C3N4，以50r/min-150r/min的速率低速搅拌30min，在混合溶液中添加浓度为0.3wt％的D-2959，在4℃无菌环境下避光保存；

步骤1制备的PVA-GMA/g-C3N4前驱体用于构建组织工程化表皮，具有较强的机械强度，在初期能为骨损伤部位提供良好的愈合环境，且伴随骨愈合的过程，凝胶支架可实现缓慢降解。

步骤2：配置ICA溶液

称取1.504mg ICA，溶于10mL质量分数为10％的乙醇水溶液中，获得质量分数为15％的淫羊藿苷溶液，封装后在4℃无菌环境下保存。

步骤3：光交联固化

将步骤1中获得的PVA-GMA/g-C3N4前驱体与步骤2中获得ICA溶液按体积比4:1搅拌均匀，注入兔股骨内侧髁缺损部位后，蓝光405nm下8s固化成型。

上述实施例中，在骨缺损处形成的凝胶具备良好的机械强度，30天后，未见不良反应；90天后，通过二次手术直接观察，证实新生骨痂组织生长状态良好。

综上所述，本发明提供的一种用于促进骨愈合的组织工程凝胶支架及其制备方法，以PVA-GMA/g-C3N4前驱体构建组织工程化表皮，以淫羊藿苷作为诱导骨髓间充质干细胞成骨分化的药物，采用光交联法将凝胶支架固定成型，有助于促进骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化，在初期能为骨损伤部位提供良好的愈合环境，凝胶支架与缺损组织的紧密贴合。且伴随骨愈合的过程，凝胶支架可实现缓慢降解。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。