硫酸软骨素基可注射水凝胶的制备及其作为骨修复支架的研究

一种软骨修复用水凝胶的制备及其用于软骨损伤修复的研究Soft cartilage repair hydrogels are prepared by introducing bioactive substances into a polymeric network, which provide an ideal environment for cartilage regeneration and promote the healing process of injured cartilage. The fabrication method involves the incorporation of biocompatible polymers with unique properties into a hydrogel matrix, allowing for customizable mechanical strength, porosity, and degradation rate. In addition, bioactive molecules such as growth factors or stem cells can be incorporated to enhance the regenerative properties of the hydrogel.软骨修复用水凝胶是通过将生物活性物质引入聚合物网络中制备而成的，它为软骨再生提供了理想的环境，并促进受损软骨的愈合过程。

制备方法涉及将具有独特性能的生物相容性聚合物与一种水凝胶基质结合，从而实现可定制的机械强度、多孔性和降解速率。

还可以引入生长因子或干细胞等生物活性分子，以增强水凝胶的再生能力。

The choice of polymers plays a crucial role in determining the properties and performance of the hydrogel. Natural polymers such as chitosan, hyaluronic acid, or collagen can provide a scaffold-like structure that mimics the extracellular matrix (ECM) found in native cartilage tissue. Synthetic polymers like polyethylene glycol (PEG) or polyethylene oxide (PEO) offer controllable characteristics such as mechanical strength and degradation rate. Hybrid hydrogels that combine natural and synthetic polymers can achieve a balance between bioactivity and mechanical stability.聚合物的选择在决定水凝胶的性质和性能方面起着至关重要的作用。

一种软骨修复用水凝胶的制备及其用于软骨损伤修复的研究1. 引言1.1 概述软骨损伤是一种常见的组织受损情况，由于软骨自身具有有限的自愈能力以及缺乏血液供应，导致软骨损伤修复困难且缓慢。

针对软骨损伤修复的需求，许多研究人员致力于开发新颖的治疗方法。

本文旨在介绍一种基于水凝胶技术的软骨修复材料的制备过程，并探讨其在软骨损伤修复中的应用。

1.2 研究背景软骨是覆盖在关节表面的光滑组织，它起着减轻冲击、减少摩擦和保护关节功能的作用。

然而，由于外伤、退行性疾病或先天缺陷等原因，软骨损伤成为造成关节功能障碍和退化的主要原因之一。

目前广泛使用的硬度高、弹性差、无法与周围组织良好结合并容易产生副作用等传统修复方法无法满足临床需求。

因此，寻找一种新型的软骨修复材料成为研究的热点。

1.3 研究意义基于水凝胶的软骨修复材料具有良好的生物相容性、可调控的物理化学特性以及多孔结构等优势，被认为是一种潜力巨大的治疗手段。

通过制备合适的水凝胶，可以提供适宜的机械支撑、细胞黏附和生物活性因子释放，促进软骨细胞增殖和再生。

本文将介绍水凝胶的制备方法以及其在软骨损伤修复中的应用效果，旨在推动该领域的研究进展，并为开发更有效、可靠的软骨修复方法提供理论依据。

以上是关于文章“1. 引言”部分内容的详细说明。

2. 软骨损伤与修复2.1 软骨结构与功能软骨是一种弹性和柔软的组织，主要分布在人体关节表面和呼吸道等部位。

它具有保护关节、缓冲冲击力以及提供机械支持的重要功能。

人体软骨主要由特化的细胞——软骨细胞组成，这些细胞能够分泌胶原蛋白和蛋白多糖，形成坚固而有弹性的基质。

软骨基质中含有丰富的水分，可使软骨具备良好的缓冲和减震效果。

2.2 软骨损伤的影响由于其极低的自我修复能力，软骨损伤是一种常见且难以治愈的问题。

软骨损伤可以导致关节疼痛、运动功能受限甚至关节退化等严重后果，给患者的生活质量带来巨大影响。

目前已知造成软骨损伤的原因包括外伤、炎症、退行性关节变化等多种因素。

一种用于软骨缺损修复的可注射水凝胶及其制备方法本发明涉及一种用于软骨缺损修复的可注射水凝胶及其制备方法，具体地说，是一种可注射水凝胶，适用于软骨缺损修复，是由生物可降解材料、聚乳酸-羟基磷灰石（PLA/HA）复合材料及非离子型表面活性剂组成，制备方法简便，成本低廉，具有良好的生物相容性、生物降解性和生物可吸收性。

传统的软骨修复方法包括自体软骨组织移植、良性软骨瘤切除术、成骨细胞移植等，但这些方法存在操作复杂、移植物来源有限、术后感染、免疫排异等缺点，对患者身体也造成一定伤害。

因此，研制一种新型的可注射水凝胶，适用于软骨缺损修复具有很大的应用前景和市场需求。

本发明的可注射水凝胶，是由以下成分组成：生物可降解材料、聚乳酸-羟基磷灰石（PLA/HA）复合材料及非离子型表面活性剂。

其中，生物可降解材料可以选用聚乳酸（PLA）、聚乳酸-羟基磷灰石（PLA/HA）等材料；聚乳酸-羟基磷灰石（PLA/HA）复合材料的组成比例可以根据需要进行调整，但通常为PLA与HA的比例为7:3；非离子型表面活性剂可以选用聚氧乙烯硬脂酸酯P80等。

制备方法如下：首先，将生物可降解材料溶解于有机溶剂中，如氯仿、正丁醇等，制备得到生物可降解溶液。

随后，将聚乳酸和羟基磷灰石混合，并通过机械压缩的方式，得到聚乳酸-羟基磷灰石（PLA/HA）复合材料。

最后，将上述两种溶液混合并加入适量的非离子型表面活性剂，通过超声波辅助混合，制备得到可注射水凝胶。

本发明的可注射水凝胶具有以下的特点和优点：①制备工艺简便，制备成本低廉；②具有良好的生物相容性，生物降解性和生物可吸收性；③具有一定的机械强度和稳定性；④通过改变生物可降解材料的种类和比例等，可调节凝胶的黏度和注射性能；⑤可注射性能优良，可以直接注射到软骨缺损部位，适用于各种大小、形状不同的软骨缺损；⑥聚乳酸-羟基磷灰石（PLA/HA）复合材料具有促进软骨细胞增殖和分化的作用，对软骨组织修复有一定的促进作用；⑦非离子型表面活性剂可以起到增加凝胶黏度、稳定性和延长凝胶生物降解时间等作用。

天然生物支架材料在软骨修复中的研究进展【关键词】软骨修复关节软骨缺乏再生能力，外伤或疾病引起的软骨缺损需利用软骨或其它材料修复。

自体软骨来源有限，且容易造成供区缺损，应用受到限制。

异体软骨曾广泛应用，但可引起免疫排斥反应，而导致细胞死亡及功能丧失。

骨膜移植曾风行一时，但其存在远期效果不稳定的缺陷，使得人们不断探索更完善的修复方法。

体外软骨细胞培养成功，引发人们尝试直接用软骨细胞修复软骨缺损。

1968年，Chertman等将软骨细胞悬液注射到关节软骨缺损部位，结果表明：缺损为滑膜成纤维组织修复，镜下仅见少量新生软骨细胞结节。

1977年，Green等以脱钙骨作为支架，并接种上软骨细胞，移植到缺损部位。

虽未成功，可喜的是作者第一次提出：如能找到一种合适的支架材料，将软骨细胞接种于其上，即有可能形成良好的软骨组织修复。

当前，在组织工程中开发为细胞培养支架的生物支架材料主要分为两类，即天然生物支架材料和人工合成的支架材料。

天然生物支架材料具有细胞信号识别，促进细胞的黏附、增殖和分化、良好的生物相容性及良好的生物降解性等优点，显示出人工合成支架材料无可比拟的优势。

本文就天然生物支架材料在软骨修复中的现状和研究进展做如下综述。

1 天然脱细胞生物支架材料天然脱细胞生物支架材料主要利用同种或异种器官／组织，经脱细胞、去除抗原处理得到脱细胞基质材料。

细胞外基质(ECM)是由细胞自身分泌组成的并围绕在细胞周围主要含有胶原蛋白、纤维蛋白粘连素、层粘连蛋白，层连素等。

细胞外基质不仅为细胞提供了一个支持结构和附着位点，而且对细胞的粘附、迁移、增殖、分化以及基因表达的调控有重要作用和显著影响。

目前已经有研究应用同种异体脱细胞材料修复膀胱、尿道、动脉和皮肤缺损［1～3］，以及构建心脏瓣膜［4］，结果比较满意。

另外关于脱细胞软骨基质和小肠粘膜下基质(SIS)这2种天然的细胞外基质材料应用也有相关的研究报道［5～7］。

脱细胞基质材料具有多种天然细胞外成分，有利于细胞的吸附，增殖和分化并具有一定的力学强度，可作为组织填充物而长期存在；并且具有较好的组织亲和性和相容性，可诱导软骨细胞向其中生长而重建软骨，在未来组织修复中它们将拥有广泛的应用前景；但其脱细胞后的孔穴大小及孔穴间的连接缝隙的大小制约着种植细胞向深层发展。

天然生物支架在软骨修复中进展【关键词】软骨修复关节软骨缺乏再生能力，外伤或疾病引起的软骨缺损需利用软骨或其它材料修复。

自体软骨来源有限，且容易造成供区缺损，应用受到限制。

异体软骨曾广泛应用，但可引起免疫排斥反应，而导致细胞死亡及功能丧失。

骨膜移植曾风行一时，但其存有远期效果不稳定的缺陷，使得人们持续探索更完善的修复方法。

体外软骨细胞培养成功，引发人们尝试直接用软骨细胞修复软骨缺损。

1968年，Chertman等将软骨细胞悬液注射到关节软骨缺损部位，结果表明：缺损为滑膜成纤维组织修复，镜下仅见少量新生软骨细胞结节。

1977年，Green等以脱钙骨作为支架，并接种上软骨细胞，移植到缺损部位。

虽未成功，可喜的是作者第一次提出：如能找到一种合适的支架材料，将软骨细胞接种于其上，即有可能形成良好的软骨组织修复。

当前，在组织工程中开发为细胞培养支架的生物支架材料主要分为两类，即天然生物支架材料和人工合成的支架材料。

天然生物支架材料具有细胞信号识别，促进细胞的黏附、增殖和分化、良好的生物相容性及良好的生物降解性等优点，显示出人工合成支架材料无可比拟的优势。

本文就天然生物支架材料在软骨修复中的现状和研究进展做如下综述。

1天然脱细胞生物支架材料天然脱细胞生物支架材料主要利用同种或异种器官／组织，经脱细胞、去除抗原处理得到脱细胞基质材料。

细胞外基质(ECM)是由细胞自身分泌组成的并围绕在细胞周围主要含有胶原蛋白、纤维蛋白粘连素、层粘连蛋白，层连素等。

细胞外基质不仅为细胞提供了一个支持结构和附着位点，而且对细胞的粘附、迁移、增殖、分化以及基因表达的调控有重要作用和显著影响。

目前已经有研究应用同种异体脱细胞材料修复膀胱、尿道、动脉和皮肤缺损［1～3］，以及构建心脏瓣膜［4］，结果比较满意。

另外关于脱细胞软骨基质和小肠粘膜下基质(SIS)这2种天然的细胞外基质材料应用也有相关的研究报道［5～7］。

脱细胞基质材料具有多种天然细胞外成分，有利于细胞的吸附，增殖和分化并具有一定的力学强度，可作为组织填充物而长期存有；并且具有较好的组织亲和性和相容性，可诱导软骨细胞向其中生长而重建软骨，在未来组织修复中它们将拥有广泛的应用前景；但其脱细胞后的孔穴大小及孔穴间的连接缝隙的大小制约着种植细胞向深层发展。

专利名称：一种治疗软组织损伤的可注射水凝胶细胞支架材料及其制备方法和应用
专利类型：发明专利
发明人：王绪化,陈作兵,陈向峰,左彦明,叶婧佳,靳爽,吴中翰,蔡万雄,张天芳
申请号：CN202110277122.5
申请日：20210315
公开号：CN114642765A
公开日：
20220621
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种治疗软组织损伤的可注射水凝胶细胞支架材料及其制备方法和应用，所述水凝胶内包覆有通过化学偶联反应负载在其上的释放生物大分子/免疫调节/抗氧化药物的具良好生物相容性的微米粒子/偶联在天然来源大分子上的生长因子。

本发明注射水凝胶具有良好的生物相容性，与细胞疗法兼容，在损伤部位局部精确释放生物大分子/免疫调节/抗氧化药物/生长因子，阻止了脊髓损伤后囊性空腔的形成，减轻了神经炎症导致的二次损伤，保护了残留的脊髓神经组织和轴突，减少了胶质瘢痕组织的形成，促进移植细胞的存活与分化，为本体神经轴突的再生提供了一种可穿透性的细胞外基质环境，进而促进生理功能的恢复，可用于脊髓等软组织损伤的修复。

申请人：浙江大学
地址：310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
国籍：CN
代理机构：南京苏创专利代理事务所(普通合伙)
代理人：王华
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可注射水凝胶的制备及其性能研究的开题报告题目：可注射水凝胶的制备及其性能研究一、研究背景和意义随着生活水平的提高和老龄化社会的到来，人们越来越关注健康问题。

细胞治疗和组织工程技术的不断发展，为缓解许多疾病的疼痛和治疗提供了新的可能性。

可注射水凝胶是一种新兴的生物医学材料，具有良好的生物相容性和可注射性。

它能够模拟人体组织的物理和化学特性，并能够在体内形成稳定的三维结构和维持生物活性的环境。

因此，可以应用于许多医疗领域，如软骨修复、神经再生和肿瘤治疗。

二、研究内容和目的目前，可注射水凝胶的制备方法主要包括物理交联和化学交联两种方法。

本课题的目的是研究可注射水凝胶的制备方法和其性能，进一步探究其应用领域。

研究内容包括以下几个方面：1. 研究可注射水凝胶的制备方法。

2. 对可注射水凝胶的物理化学性质进行研究，包括流变学性能、孔隙度等。

3. 研究可注射水凝胶对细胞生长的影响。

4. 探究可注射水凝胶的应用领域，如软骨修复、神经再生和肿瘤治疗等。

三、研究方法和步骤1. 制备可注射水凝胶：本研究将采用化学交联法制备可注射水凝胶，主要原料包括明胶、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）和过氧化物等。

首先将明胶溶解于DMAc中，加入MMA，最后加入过氧化物催化进行交联。

2. 测试可注射水凝胶的物理化学性质：利用流变仪对可注射水凝胶的流变学性能进行测试，测量其峰值点、结构强度、破裂点等参数。

同时利用气体测量法测试其孔隙度和孔径大小。

3. 探究可注射水凝胶的生物学性质：采用细胞培养技术，将不同类型的细胞接种到可注射水凝胶中观察其生长情况。

四、预期成果和意义本研究主要预期成果包括制备一种具有良好生物相容性和可注射性的水凝胶，并对其进行详细的物理化学、细胞生物学特性研究。

通过本研究的成果，可以为可注射水凝胶材料的制备提供技术支持，并为其在软骨修复、神经再生和肿瘤治疗等领域的应用提供理论和实践依据。