一种磁响应生长板修复支架及其制备方法、应用与生长潜能评估方法与流程

本发明涉及生物医疗材料，尤其涉及一种磁响应生长板修复支架及其制备方法、应用与生长潜能评估方法。

背景技术：

1、儿童生长板（骨骺板）是位于长骨干骺端与骨骺之间的软骨组织，负责骨骼的纵向生长。其结构高度有序，由静息区、增殖区、肥大区和钙化区组成，软骨细胞呈柱状排列，增殖活跃，并对力学信号高度敏感。在骨骼发育过程中，生长板通过软骨内成骨机制持续推动骨长度增加，是不可或缺的生长发育组织。

2、然而，儿童骨骼尚未发育成熟，创伤、感染以及医源性操作（如肿瘤切除、骨折固定等）极易造成生长板结构破坏。损伤后，局部软骨细胞排列紊乱，血供异常，进而导致骨桥（bone bridge）异常形成——即骨组织跨越生长板连接干骺端与骨骺。骨桥的存在会限制甚至完全阻断生长板的正常扩张，引发两侧生长速率失衡，最终导致肢体短缩、成角畸形（如膝内翻、膝外翻）等永久性后遗症。这类并发症不仅影响患儿的运动功能，也给家庭带来沉重的医疗与经济负担。

3、目前，临床上针对生长板损伤的主流治疗方法是骨桥切除联合惰性材料（如脂肪、硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯等）填充，旨在物理隔绝骨桥再生。然而，该方案疗效有限，远期复发率高，且无法恢复生长板原有的纵向生长能力。究其原因，现有治疗策略忽视了力学微环境在维持生长板有序结构和调控软骨细胞表型中的核心作用。骨骼的生长离不开机械力刺激：适宜的动态载荷能够维持软骨细胞的柱状排列，促进间充质干细胞向软骨方向分化；反之，力学信号缺失或异常会导致生长板组织结构紊乱、软骨细胞凋亡加速、基质矿化异常。因此，亟需开发一种能够为受损区域提供仿生力学刺激的填充支架，以重建有利于生长板再生的力学微环境，恢复其发育潜能。

4、近年来，研究发现次级骨化中心在生长过程中存在力学缓冲效应，使得生长板软骨处于一种沿骨骼生长方向的微力学环境，即轴向微力学（elife 9 (2020) e55212）。然而，传统的力学加载方式（如压电陶瓷、液压驱动等）主要局限于体外实验，在临床实践中存在体内施加困难、创伤大、难以长期维持等缺陷，极大限制了其在生长板原位修复中的实际应用。

5、因此，亟待开发一种能够为受损区域提供仿生力学刺激的填充支架，以重建有利于生长板再生的力学微环境，恢复其发育潜能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种磁响应生长板修复支架及其制备方法、应用与生长潜能评估方法，制备的磁响应生长板修复支架具有良好的生物相容性，支持细胞的黏附、迁移和成软骨分化，同时，在联合静磁场后，通过对细胞轴向微力学的刺激使其生物效应得到了进一步的增强，突破了传统力学加载方式的体内应用局限，为生长板损伤修复提供了新方向。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种磁响应生长板修复支架，所述磁响应生长板修复支架的制备原料包括gelma干物质80~120份、mnps 4~6份、tgf-β3 0.05~0.2份。

4、优选的，所述磁响应生长板修复支架的制备原料包括gelma干物质100份、mnps 5份、tgf-β3 0.1份。

5、本发明还提供了一种权利要求1所述磁响应生长板修复支架的制备方法，包括如下步骤：

6、（1）将gelma干物质溶解，加热搅拌得到gelma水凝胶溶液；

7、（2）将mnps溶于步骤（1）的gelma水凝胶溶液中，得到磁响应gelma溶液；

8、（3）将tgf-β3加入磁响应gelma溶液中，得到磁响应生长板修复支架前体；

9、（4）取磁响应生长板修复支架前体，加热至液态，光交联得到磁响应生长板修复支架。

10、优选的，在步骤（1）中，所述加热搅拌的温度为35~45℃。

11、优选的，在步骤（4）中，所述加热的温度为35~38℃。

12、优选的，在步骤（4）中，所述光交联的条件为：405 nm光照射20~40 s。

13、本发明还提供了一种上述磁响应生长板修复支架或上述制备方法制备的磁响应生长板修复支架在生长板修复和制备生长板修复支架上的应用。

14、本发明还提供了一种磁响应生长板修复支架生长潜能的评估方法，包括如下步骤：

15、（1）通过计算术侧肢体短缩量和成角畸形的角度检测肢体短缩和成角畸形程度，所用公式如下所示：

16、术侧肢体短缩量：

17、

18、式中：

δl——胫骨短缩量/mm；

l1——健侧胫骨长度/mm；

l2——术侧胫骨长度/mm；

19、成角畸形的角度：

20、

21、式中：

θ——畸形角度/°；

α1——健侧mpta/°；

α2——术侧mpta/°；

22、（2）通过磁-骺距变化直观评估缺损区域生长潜能的恢复效果。

23、本发明与现有技术相比的有益效果为：

24、（1）本发明基于对生长板软骨细胞及骨髓间充质干细胞机械力敏感特性的深入认知，构建了具有磁响应性的生长板修复支架。该磁响应支架能够响应外部静磁场，并为支架内细胞提供方向、大小可控的仿生机械载荷，即轴向微力学刺激，从而调控细胞命运。相较于传统生长板替代支架，本发明的磁响应支架具有以下两点优势：一是成分简单且生物相容性良好，可为细胞提供轴向微力学刺激，支持细胞黏附、迁移和成软骨分化；二是利用静磁场为磁响应生长板修复支架施加磁力刺激，凭借微创、远程、可原位施加等独特优势，突破了传统力学加载方式的体内应用局限，为生长板损伤修复提供了新方向。

25、（2）本发明磁响应支架协同静磁场不仅能原位诱导软骨再生，显著缓解患肢短缩及成角畸形，还能在体外大幅提升bmscs的成软骨分化效率。实验证明，在静磁场的协同下，本技术的磁响应生长板修复支架可原位诱导软骨再生，显著缓解家兔患侧胫骨的短缩畸形和成角畸形。此外，静磁场可在体外大幅提升bmscs成软骨诱导分化效率。相较于传统生长板支架，本发明在损伤早期快速募集干细胞并诱导软骨再生，颠覆了业内对超临界尺寸的严重生长板损伤不可修复的认知。

26、（3）本发明通过磁响应支架与静磁场的协同作用，能够保护损伤临近区的正常生长板组织，避免因创伤导致的生长停滞。支架通过营造适宜的力学环境和生化信号，维持局部微环境的稳态，为软骨再生与生长板结构的长期重建提供了必要条件，是受损生长板恢复生长功能的关键机制。

27、（4）本发明首次提出将“磁-骺距”（mgpd，即植入磁片到骺板的距离）作为生长板损伤后生长潜能恢复的可视化量化指标。该方法可在常规x线检查中实现，无需额外复杂设备，即可动态监测受损生长板的生长速率与功能状态。这不仅实现了从单纯“结构修复”到“功能重建”评价的突破，更为临床实时评估儿童骨骺损伤的生长发育状况提供了直观、简便且具有极高推广价值的检测手段。