本技术属于生物医疗材料技术领域,公开了一种基于椎间盘退变阶段性治疗策略的椎间盘修复材料及其制备方法与应用;该椎间盘修复材料包括三明治结构双重电活性支架,以及附着于双重电活性支架上的复合水凝胶;三明治结构双重电活性支架包括具有导电贯穿孔道结构的导电多孔支架及位于导电多孔支架上下两侧的压电纤维薄膜;复合水凝胶包括水凝胶以及均匀分散于水凝胶中的抗氧化纳米酶;抗氧化纳米酶为以Co‑Ni双金属氧化物为核,聚多巴胺为壳的核壳结构纳米颗粒。本发明通过抗氧化抗炎纳米酶修复退变早期椎间盘,双重电活性支架修复切除术后缺损椎间盘,电活性支架增强的复合水凝胶可以替代退变后期椎间盘,从而针对椎间盘退变不同阶段,实现相应治疗。
背景技术
下背部疼痛已成为具有全球挑战性的健康问题,影响着数亿人,每年导致大量患者残疾、失能,其中40%以上由椎间盘退行性病变引起。椎间盘作为一种低细胞密度且无血管结构的软骨复合组织,其退变过程常伴随组织结构及功能的损伤,尤其是髓核的退化会导致椎间盘的整体生物力学性能下降,进一步引发严重的背部疼痛和神经压迫症状。椎间盘退变早期的病理症状表现为髓核部位细胞外基质成分流失,细胞数量降低,此时局部微环境中氧化还原失衡及升高的炎性水平之间存在恶性循环,导致退变加剧;椎间盘退变至中期,纤维环结构遭到破坏,发生突出并压迫神经,此时,椎间盘切除术是解除神经压迫最直接有效的手段,但术后造成的椎间盘缺损若不进行处理会造成髓核再突出及病理滑脱等,带来二次手术风险;当椎间盘退变发展到后期,其力学性能严重受损,并导致椎间隙狭窄,此时需对椎间盘进行一体化替代修复。
临床治疗椎间盘退变目前主要有保守治疗和手术治疗两种。经诊断评估,若椎间盘退变程度较轻,首选保守治疗,通过松弛肌肉、改善炎症造成的神经根水肿等,以缓解急性疼痛。保守治疗并不能阻止椎间盘退变进程,当治疗效果不显著或椎间盘退变加剧时,常需手术治疗,但临床手术治疗常会造成脊柱不可逆损伤。
纤维环为各向异性的板层结构,且具有导电压电双重电活性。目前,大量研究报道了高抗拉强度生物材料在纤维环修复方面的应用。基于电活性材料在其他软组织(皮肤、关节软骨等)修复中的积极作用,若能研发出具有电活性功能的生物材料并将其植入椎间盘缺损部位,通过体外生物学实验探索电活性材料与细胞间相互作用,并构建动物椎间盘缺损模型,阐明电活性材料促进椎间盘再生修复的生物学过程,则不仅可为椎间盘切除术后治疗提供一种新策略,还可拓宽电活性材料在组织修复领域的应用场景。
此外,刚性多孔支架材质较硬却缺乏韧性,容易引起应力在胶丝处集中;水凝胶柔性较好却缺乏一定的刚性,难以维持椎间隙高度。研发与椎间盘天然力学性能相匹配的修复材料也是本发明所要解决的技术问题之一。
实现思路