一种细胞‑生物支架复合体及其3D打印成形方法技术

一种细胞‑生物支架复合体及其3D打印成形方法，包括具有与患者的组织器官的实际缺损状况相似的生物支架，打印在生物支架上的可模拟天然细胞外基质的有利于细胞黏附繁殖和生长的纳米纤维层和打印在纳米纤维层上的细胞悬液。利用本发明专利技术的生物打印成形方法，可根据患者的组织、器官的实际缺损状况，精确打印出患者所需的细胞‑生物支架的复合体。

【技术实现步骤摘要】
一种细胞-生物支架复合体及其3D打印成形方法
本专利技术属于生物
，特别涉及一种细胞-生物支架复合体及其3D打印成形方法。
技术介绍
组织缺损修复及器官移植是20世纪医学史上最伟大的突破之一。目前，全世界有将近100万曾经被死亡阴影笼罩的患者通过器官移植获得了新生，但由于得不到供体器官无法进行器官移植而死去的患者却高达几千万，需要组织缺损修复的病人更是高达上亿人，所以有人说21世纪是组织修复和器官移植的世纪。3D打印技术的出现使千百万需要组织修复和器官移植的患者获得了治愈重生的希望。现有的3D打印技术已经实现了支架外形的可控制造，在工艺原理上满足制备梯度支架的要求，但是该技术构建的孔隙尺寸较大，无法成形100μm以下的孔隙，不能提供细胞生长的微环境，存在细胞不容易粘附的问题。3D打印技术的成形材料一般是单一材料或者提前人为混合的复合材料，而在成形具有材料梯度特征的支架方面还存在较大的局限性。因此，基于电纺丝的骨支架成形技术成了近两年国外发展最为迅速的生物制造技术。电纺丝技术是利用强电场的作用使得聚合物溶液或熔体形成喷射流来进行纺丝加工，是一种制备纳米纤维的新型加工方法之一，其应用已涉及到生命科学、组织工程、光电器件、航天器材等领域。利用电纺丝技术可以喷射出亚微米级甚至纳米级的纤维，从而构成三维相互贯通的微孔结构，适用于细胞的粘附和生长。但利用电纺丝技术喷出的纤维所构成的支架，其外形结构类似于无序状的无纺布，很难实现支架外形的精确控制。不难看出，目前单项工艺方法都无法实现多尺度的成形，因而无法同时满足骨支架的宏观轮廓成形要求和微观孔隙成形要求。专利技术内容本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种细胞-生物支架复合体及其3D打印成形方法，将3D打印技术与静电纺丝技术相结合。本专利技术将进一步推动3D生物打印技术在组织工程领域的应用前景，使需要组织修复和器官移植的患者获得了治愈重生的希望。本专利技术的一种细胞-生物支架复合体，包括生物支架，在所述生物支架表面设置纳米纤维层，在所述纳米纤维层上设置生物细胞悬液。进一步的，所述生物支架的孔隙率为50%-90%，所述生物支架的孔径为50-500μm，所述纳米纤维层的孔径为0.1-10μm。进一步的，所述生物支架的使用材料为生物高分子材料、天然生物材料和无机材料中的至少一种，其中所述生物高分子材料为左旋聚乳酸、乳酸-羟基乙酸共聚物或聚己内酯中的至少一种；所述天然生物材料为如明胶、壳聚糖或海藻酸钠中的至少一种；所述无机材料为磷酸三钙或纳米羟基磷灰石中的至少一种。进一步的，所述纳米纤维层的使用材料为壳聚糖、胶原或聚乙烯醇中的一种或几种组合。进一步的，所述胶原与壳聚糖的质量比为1-5:1。进一步的，所述聚乙烯醇与壳聚糖的质量比为1-5:1。进一步的，所述细胞悬液包括细胞培养液、血清和来源于患者自体的细胞，所述细胞培养液与血清的质量比为2-6:1，细胞浓度104/ml-106/ml；其中所述细胞为成骨细胞、角膜基质细胞或脂肪干细胞。本专利技术的细胞-生物支架复合体的3D打印成形方法，包括如下步骤：1）生物支架成型步骤，将生物支架的原料混合均匀，使用生物打印机的支架打印喷头将混合均匀的原料逐层加工为与组织器官的实际缺损状况相似的多孔生物支架；2）纳米纤维层成型步骤，将纳米纤维层材料按比例溶于水中制成电纺液，将上述电纺液通过静电纺丝喷头喷射在所述生物支架的每一层或几层之间形成纳米纤维层，使纳米纤维层逐层成形在生物支架上；3）细胞打印步骤，将细胞悬液通过细胞打印喷头喷射在所述纳米纤维层上，层层累加后制得细胞-生物支架复合体。进一步的，所述多孔生物支架中相邻的孔相互连通。进一步的，所述电纺液的质量浓度为6%-10%，所述壳聚糖在电纺液中的比例为0%~5%，所述胶原在电纺液中的比例为0%~8%，所述聚乙烯醇在电纺液中的比例为0%-10%。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术的细胞-生物支架复合体中的细胞由患者自体提取，加入到含有血清的细胞营养液中，经压电打印技术打印在由另外的打印喷头打印的生物支架上的纳米纤维层表面。利用本专利技术的生物打印成形方法，可根据患者的组织、器官的实际缺损状况，精确打印出患者所需的细胞-生物支架的复合体。其中所承载的细胞来源于患者自体，避免了免疫排斥等问题，并且细胞打印内部具有能有效模拟细胞外基质环境的纳米纤维网结构，并且细胞在生物支架内部位置和数量可控。本专利技术的细胞-生物支架复合体的3D打印成形方法，首先打印生物支架，实现支架外形的精确控制，然后采用静电纺丝技术，在精确的生物支架上逐层或每几层制备与细胞相容性良好的纳米纤维层，并在此纳米纤维层上定量喷射细胞悬液的方法，可以制备出外形轮廓可控、宏观孔隙可控、力学性能良好，内部具有能有效模拟细胞外基质环境的纳米纤维网结构，并且细胞在生物支架内部位置和数量可控的细胞-生物支架复合体。上述制备工艺有效的改善了细胞在打印的生物支架材料上难以附着生长和细胞悬液流失的缺陷。附图说明图1为PCL/HA复合支架的扫描电镜观察（×20）照片；图2为PCL/HA复合支架的扫描电镜观察（×50）照片；图3为胶原-壳聚糖电纺的纳米纤维层的扫描电镜观察（×500）照片；图4为胶原-壳聚糖电纺的纳米纤维层的扫描电镜观察（×2000）照片。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。本专利技术提供一种细胞-生物支架复合体及其生物打印成形方法，所述细胞-生物支架复合体可以替代组织或器官缺损部位，促进缺损部位的细胞和打印在生物支架上的细胞繁殖生长。本专利技术的一种细胞-生物支架复合体，包括生物支架，所述生物支架由生物打印机按照患者组织器官的实际缺损状况打印成型。在所述生物支架表面设置纳米纤维层，所述纳米纤维层是由静电纺丝技术加工成型，所述纳米纤维层可模拟天然细胞外基质，有利于细胞黏附繁殖和生长。在所述纳米纤维层上打印含有生长因子的生物细胞悬液。所述的生物支架的孔隙率为50%-90%，所述的生物支架的孔径为50-500μm，所述静电纺丝喷头喷射在生物支架上的纳米纤维层的孔径为0.1-10μm。所述生物支架的使用材料为生物高分子材料、天然生物材料和无机材料中的至少一种，其中所述生物高分子材料为左旋聚乳酸PLLA、乳酸-羟基乙酸共聚物或聚己内酯PCL中的至少一种；所述天然生物材料为如明胶、壳聚糖或海藻酸钠中的至少一种；所述无机材料为磷酸三钙TCP或纳米羟基磷灰石HA中的至少一种。优选的生物支架使用材料为PCL-nHA，质量比为2-5:1，优选为4:1。羟基磷灰石HA是人体和动物体骨骼、牙齿中主要的无机成分，具有良好的生物活性、相容性和骨传导性，但是其脆性大，负载强度低，力学性能差等缺点不能满足骨组织工程支架材料的要求。聚己内酯PCL是一种可生物降解、易于被生物消化代谢、具良好安全性和力学性能的脂肪族聚酯。PCL与-nHA的复合材料适合于骨组织工程支架。优选的生物支架使用材料为PLLA-TCP，质量比为3-6:1，优选为5:1。磷酸三钙TCP具有非常高的生物相容性，但磷酸三钙的缺点足在体内降解过快。左旋聚乳酸PLLA是一种低降解的聚合物，好的抗拉强度、低的延展性、高的分子量、高的模数(约为4.8GPa)和强疏水性。P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细胞‑生物支架复合体，其特征在于，包括生物支架，在所述生物支架表面设置纳米纤维层，在所述纳米纤维层上设置生物细胞悬液。

【技术特征摘要】
1.一种细胞-生物支架复合体的3D打印成形方法，其特征在于，所述细胞-生物支架复合体包括生物支架，在所述生物支架表面设置纳米纤维层，在所述纳米纤维层上设置生物细胞悬液；所述细胞-生物支架复合体的3D打印成形方法包括如下步骤：1）生物支架成型步骤，将生物支架的原料混合均匀，使用生物打印机的支架打印喷头将混合均匀的原料逐层加工为与组织器官的实际缺损状况相似的多孔生物支架；2）纳米纤维层成型步骤，将纳米纤维层材料按比例溶于水中制成电纺液，将上述电纺液通过静电纺丝喷头喷射在所述生物支架的每一层或几层之间形成纳米纤维层，使纳米纤维层逐层成形在生物支架上；3）细胞打印步骤，将细胞悬液通过细胞打印喷头喷射在所述纳米纤维层上，层层累加后制得细胞-生物支架复合体。2.根据权利要求1所述的一种细胞-生物支架复合体的3D打印成形方法，其特征在于，所述生物支架的孔隙率为50%-90%，所述生物支架的孔径为50-500μm，所述纳米纤维层的孔径为0.1-10μm。3.根据权利要求1所述的一种细胞-生物支架复合体的3D打印成形方法，其特征在于，所述生物支架的使用材料为生物高分子材料、天然生物材料和无机材料中的至少一种，其中所述生物高分子材料为左旋聚乳酸、乳酸-羟基乙酸共聚物或聚己内酯中的至少一种；所述天然...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红，胡海龙，张楠，施敏超，
申请(专利权)人：青岛尤尼科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37