可注射多孔复合微载体制备及修复骨缺损及机制研究

20250108

科学研究和技术服务业

项目目前制备了1种纯壳聚糖微载体和3种用于骨缺损修复的壳聚糖基复合微载体，即CS/大豆分离蛋白、CS/DMOG和CS-PTL-Mg复合微载体，其工艺、性能指标如下： 壳聚糖微载体：采用乳化相分离法制备获得。具备可注射、多孔结构，平均孔径为36.87±10.43 μm，粒径为200 ~ 400 μm，孔隙率为~89%。 CS/大豆分离蛋白微载体：采用乳化相分离法结合自组装法制备获得。具备可注射、多孔结构，具有促成骨活性，平均孔径为36 ~ 37 μm，粒径200 ~ 400 μm，孔隙率为84% ~ 88%。 CS/DMOG复合微载体：采用乳化相分离法结合浸渍法制备获得。具备可注射、多孔结构，具有促血管、促成骨活性，孔径分布在15 ~ 30 μm之间，粒径200 ~ 400 μm。 CS-PTL-Mg复合微载体：采用乳化相分离法结合相变法和螯合反应制备获得。具备可注射、多孔结构，具有促血管、促成骨、抗炎活性，孔径分布在30 ~ 40 μm之间，粒径200 ~ 400 μm。 其中，壳聚糖微载体在技术上的成熟程度为4级，其余3种骨修复复合微载体载技术上的成熟度为3级。壳聚糖微载体目前处于小批量生产实验阶段。

为实现壳聚糖微载体的转化，拟合作方在资金方面应投入200-300万元；场地投入300-500平；设备主要需要大型冻干机，另外连续生产需要定制一些设备如可连续生产的反应器等；人员至少2-3人。

可国（境）内外转让

随着我国人口老龄化的加剧，因疾病、创伤、退变等原因导致的骨组织损伤数量逐年增加。随着我国居民收入水平不断提高、在医疗领域的支出意愿不断增强，我国医疗器械市场还有广阔增长空间。本项目构建的功能化微载体可以有效治疗骨组织缺损，降低患者家庭治疗该疾病的经济支出及社会对该类疾病治疗过程中的医疗投入。本项目有较高的成果转化显示度。可注射功能化微载体实现规模化生产之后，经济效益将十分显著。本项目将加速具有自主知识产权的骨修复材料产品进入临床应用，提高国民的健康水平和生活质量。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

由于先天缺陷、疾病或创伤导致的骨缺损是临床医学面临的普遍难题，损伤的骨再生能力差，必需进行治疗。组织工程为骨再生与修复提供了一个理想的选择，然而传统的支架材料及制备技术难以用于形状各异且复杂的骨缺损伤口修复，因此无法满足临床的个性化骨修复的需求。临床需要的骨组织工程支架材料要满足不同患者以及不同症状的需求，其外形及微观结构因人因症而异。本项目针对临床骨修复材料的重大个性化需求，提出了“组织工程微组织”理念，利用天然生物材料制备功能化壳聚糖微载体，结合干细胞开展个性化、模块化的组织工程微组织构建，并且能够将微组织进行局部注射，达到理想的骨组织缺损修复效果。 项目采用乳化相分离法制备了多孔壳聚糖（chitosan，CS）微载体。然后，分别采用自组装法、浸渍法和相变法与螯合反应将大豆分离蛋白、二甲基乙二酰氨基乙酸（dimethyloxalylglycine，DMOG）和掺镁相变溶菌酶（phase-transited lysozyme，PTL）引入壳聚糖微载体中，得到CS/大豆分离蛋白、CS/DMOG和CS-PTL-Mg多孔复合微载体。研究了复合微载体微观形貌、元素分布、药物释放和体外降解等性能。将大鼠脂肪间充质干细胞接种于几种微载体中，评估了细胞粘附、生长和成骨分化等行为。同时，研究了微载体浸提液对人脐静脉内皮细胞迁移和成管行为影响，以及负载于CS-PTL-Mg微载体内的巨噬细胞表型。最后，选取CS-PTL-100Mg复合微载体负载干细胞构建微组织，进行体内动物实验，评估了复合微载体和微组织促进SD大鼠右侧股骨内侧踝骨缺损修复情况。 实验所制备的几种复合微载体均呈现出球形和连通的多孔结构，粒径分布在200 ~ 400 μm，平均孔径分布在35 ~ 40 μm。大豆分离蛋白中的-COO-与CS中的-NH3+之间存在较强烈的静电相互作用，大豆分离蛋白可通过静电作用与壳聚糖结合。相比于纯CS微载体，CS/大豆分离蛋白复合微载体可显著促进干细胞增殖和成骨分化。所制备的CS/DMOG能持续释放DMOG，在调控DMOG浓度的前提下，CS/DMOG复合微载体能显著促进干细胞的增殖和成骨分化，促进内皮细胞迁移和成管。CS-PTL-Mg复合微载体在体外提高了干细胞的增殖和成骨能力，并且促进内皮细胞的迁移和成管，也能促进巨噬细胞转化为M2表型。在体内CS-PTL-100Mg复合微载体及微组织具有良好的骨修复效果，促进新骨形成及血管再生，抑制炎症反应，且微组织的骨修复效果更佳。制备得到的CS/大豆分离蛋白、CS/DMOG和CS-PTL-Mg复合微载体均具有良好的促成骨性能，有望作为新型的骨组织工程微载体应用于临床。 随着我国居民收入水平不断提高、在医疗领域的支出意愿不断增强，我国医疗器械市场还有广阔增长空间。本项目构建的功能化微载体可以有效治疗骨组织缺损，降低患者家庭治疗该疾病的经济支出及社会对该类疾病治疗过程中的医疗投入。同时，项目的实施可极大改善广大骨组织缺损患者生活质量，促进国内生物材料科学和骨临床医学的发展。