3D打印人工骨复合纤维蛋白支架的配方以及制备方法组成比例

本发明专利技术公开了3D打印人工骨复合纤维蛋白支架的配方及其制备方法，含有医用级胶原粉末、0.05mol/L醋酸溶液、医用级羟基磷灰石粉末、质量分数1％京尼平溶液、富血小板纤维蛋白五种成分：首先将医用级胶原粉末溶解于0.05mol/L的醋酸溶液制成胶原胶体，随后将医用级羟基磷灰石粉末、胶原胶体搅拌均匀制成羟基磷灰石、胶原打印原材料，根据患者骨缺损CT数据通过3D生物打印机打印中空个体化组织工程骨，移植人工骨支架手术过程中，离心患者血液制备富血小板纤维蛋白，再置入组织工程骨中空管腔中，制得具有促进人体骨再生能力的羟基磷灰石、胶原、富血小板纤维蛋白人工骨。该人工骨可以缓慢释放患者富血小板纤维蛋白中的自体生长因子，促进人体骨缺损的修复。

Formulation and preparation method of 3D printing artificial bone composite fibrin scaffold

The invention discloses the formula of 3D printing artificial bone composite fibrin scaffold and the preparation method, which contains five kinds of ingredients: medical grade collagen powder, 0.05mol/L acetic acid solution, medical grade hydroxyapatite powder, mass fraction 1% geniping solution, and platelet rich fibrin. First, medical grade collagen powder is dissolved in 0.05mol/L The acetic acid solution is made into collagen colloid, then the medical grade hydroxyapatite powder and collagen colloid are stirred into the hydroxyapatite and collagen printing raw material. According to the CT data of the bone defect of the patient, the hollow individualized tissue engineering bone is printed by the 3D biological printer, and the centrifuge blood is centrifuged during the operation of the artificial bone scaffold. The platelet rich fibrin was prepared and inserted into the hollow cavity of the tissue engineering bone to produce hydroxyapatite, collagen and platelet rich fibrin artificial bone which could promote the bone regeneration of the human body. The artificial bone can slow release the autologous growth factor in platelet rich fibrin and promote the repair of human bone defects.

【技术实现步骤摘要】
3D打印人工骨复合纤维蛋白支架的配方以及制备方法
本专利技术属于医药
，尤其涉及3D打印人工骨复合纤维蛋白支架的配方及其制备方法。
技术介绍
大段骨缺损的修复一直是困扰骨科医生的难题，目前修复策略包括自体骨、异体骨和人工材料移植等。自体骨移植虽是治疗的金标准，但移植过程中会造成取骨区出血、感染；同种异体骨移植存在着免疫排斥、传播疾病的风险；骨组织工程的迅速发展给大段骨缺损的修复提供了一种较为可行的方法。传统方法制备支架的内部结构往往是不可人为控制的，而3D打印技术可针对骨缺损的形状为患者量身定做支架外形；同时，由于制作过程受到电脑的严格操控，可以精细控制支架的孔径、孔道连通率，这对支架发挥功能具有重要的作用。3D打印过程中，生物陶瓷浆料从打印喷头挤出，通过叠层制造的方法堆积成型，浆料中可以加入生物因子或者特定药物，整个打印过程控制在低温下进行，含有生物因子或者药物的浆料通过打印喷头挤出，不破坏生物因子和药物的活性。羟基磷灰石是一种生物陶瓷材料，具有优良的生物相容性和生物降解性，目前较多的应用于骨组织工程、骨水泥等的相关研究。胶原是天然骨组织中的重要有机成分，具有良好的生物相容性、降解性以及促进成骨的能力，大量实验证明胶原可以促进骨髓间充质干细胞迁移、黏附、增殖以及成骨分化。富血小板纤维蛋白是第二代血小板浓聚物，制备方法简单，三维网状结构网罗大量血小板激活释放的生物因子，随着纤维蛋白网状结构的降解缓慢释放，促进富血小板纤维蛋白置入部位的组织愈合。将羟基磷灰石、胶原混合进行低温3D打印人工骨支架，将患者血液离心制得富血小板纤维蛋白，并将富血小板纤维蛋白置入中空的骨支架内，利用患者自身产生的细胞因子促进患者骨缺损部位的修复，避免了免疫排斥反应，同时，制备过程运用3D打印技术可制备任意孔径、孔隙率的支架，真正做到了个体化治疗。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：提供3D打印人工骨复合纤维蛋白支架的配方及其制备方法，本专利技术很好的解决大段骨缺损以及骨不连患者个体化治疗这一难题。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：3D打印人工骨的配方，其特征在于：采用以下配方：包括5g医用级胶原粉末、0.05mol/L醋酸溶液25mL、10g医用级羟基磷灰石粉末(平均粒径100nm)、质量分数1％的京尼平溶液20mL。制备权利要求1所述的3D打印人工骨复合纤维蛋白支架的配方及其制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：⑴、配制胶原胶体：将5g医用级胶原粉末溶于25mL的0.05mol/L醋酸溶液制备胶原胶体；(2)混合：按胶原/羟基磷灰石质量比1：2的比例将含有5g胶原的胶体和10g羟基磷灰石粉末混合；⑶、搅拌：将(2)混合的材料搅拌均匀，制得羟基磷灰石、胶原打印原料，即生物打印机的生物墨水。⑷、三维重建：获取患者骨缺损部位的CT数据,利用阈值分割与区域增长相结合的方法分割CT图像,通过布尔运算获得分层CT图像蒙版(Mask)后进行三维重建,运用RepetierHost软件来构建个性化中空骨组织工程支架三维数字模型,并以羟基磷灰石/胶原膏体混合组织为原材料借助3D打印技术制备支架材料；⑸、3D打印：将(3)搅拌后得出的羟基磷灰石与胶原生物墨水载入3D生物打印机(Bioprinter)，然后经3D生物打印机(Bioprinter)打印中空个体化羟基磷灰石，即胶原人工骨支架材料。⑹、交联：将(5)得出的羟基磷灰石/胶原人工骨置于质量分数1％的京尼平溶液中交联，以增加人工骨支架的强度。⑺、冷冻干燥；将(6)交联后的羟基磷灰石、胶原人工骨用冷冻干燥机干燥12小时。⑻、制备及复合富血小板纤维蛋白：在移植工程骨支架手术过程中收集患者静脉血10mL，不采取抗凝措施，将静脉血立即转移到无菌玻璃离心管中并在400g下离心10min，取出位于最下层的红细胞和最上层的无细胞血浆之间的纤维蛋白凝块。使用无菌纱布从纤维蛋白凝块挤出血清获得自体纤维蛋白膜，将自体纤维蛋白膜置入中空的工程骨支架管腔内，制得具有诱导成骨能力的羟基磷灰石/胶原/富血小板纤维蛋白人工骨支架。进一步，所述的(8)步骤中羟基磷灰石、胶原胶体、富血小板纤维蛋白复合形成羟基磷灰石、胶原、富血小板纤维蛋白人工骨支架。该3D打印人工骨复合纤维蛋白支架的配方及其制备方法，将不同患者的骨缺损部位CT扫描并且三维重建，可以1:1个体化定制人工骨的各项参数，制备具有促进骨再生的3D打印羟基磷灰石、胶原、富血小板纤维蛋白人工骨，且该人工骨复合了患者自身的生长因子并可达到缓慢释放血管内皮生长因子、胰岛素生长因子、转化生长因子等的效果，经实验室实验结果3D打印羟基磷灰石、胶原、富血小板纤维蛋白人工骨具有显著的促进骨再生的能力，诱导骨髓间充质干细胞趋化以及成骨方向分化，具有良好的骨传导及骨诱导的作用。本专利技术可以很好的解决大段骨缺损以及骨不连患者个体化治疗这一临床难题。附图说明图1是本专利技术制备流程图；图2是医用级羟基磷灰石粉末与医用级胶原粉末的混合搅拌示意图；图3是3D生物打印机的示意图；图4是羟基磷灰石/胶原人工骨示意图；图5是试管中的富血小板纤维蛋示意图；图6是羟基磷灰石、胶原、富血小板纤维蛋白人工骨示意图。具体实施方式在下文中，阐述了多种特定细节，以便提供对构成所描述实施例基础的概念的透彻理解。然而，对本领域的技术人员来说，很显然所描述的实施例可以在没有这些特定细节中的一些或者全部的情况下来实践。在其他情况下，没有具体描述众所周知的处理步骤。本实施例列举的3D打印人工骨的配方，由以下的原料制成：医用级胶原粉末、0.05mol/L醋酸溶液、医用级羟基磷灰石粉末、质量分数1％京尼平溶液。根据权利要求1所述的3D打印人工骨复合纤维蛋白支架的配方及其制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：(1)、配制胶原胶体：将5g医用级胶原粉末溶于25mL的0.05mol/L醋酸溶液制备胶原胶体；(2)混合：按胶原/羟基磷灰石质量比1：2的比例将含有5g胶原的胶体和10g羟基磷灰石粉末混合；(3)搅拌：将(2)制备的材料搅拌均匀，得到羟基磷灰石、胶原打印原料，即生物打印机的生物墨水。(4)三维重建：获取患者骨缺损部位的CT数据,利用阈值分割与区域增长相结合的方法分割CT图像,通过布尔运算获得分层CT图像蒙版(Mask)后进行三维重建,运用RepetierHost软件来构建个性化中空骨组织工程支架三维数字模型,并以羟基磷灰石/胶原膏体混合组织为原材料借助3D打印技术制备人工骨；(5)3D打印：将(3)中羟基磷灰石/胶原生物墨水载入3D生物打印机(Bioprinter)，然后通过3D生物打印机(Bioprinter)打印中空个体化羟基磷灰石/胶原人工骨。(6)交联：将(5)得出的羟基磷灰石、胶原人工骨置于质量分数1％的京尼平溶液中交联，以增加人工骨支架的强度。(7)冷冻干燥；将(6)交联后的羟基磷灰石、胶原人工骨用冷冻干燥机干燥12小时。(8)制备及复合富血小板纤维蛋白：在移植工程骨支架手术过程中收集患者静脉血10mL，不采取抗凝措施，将静脉血立即转移到无菌玻璃离心管中并在400g下离心10min，取出位于最下层的红细胞和最上层的无细胞血浆之间的纤维蛋白凝块。使用无菌纱布从纤维蛋白凝块挤出血清获得自体纤维蛋白膜，本文档来自技高网...

【技术保护点】
3D打印人工骨复合纤维蛋白支架的配方，其特征在于：采用以下配方：包括5g医用级胶原粉末、0.05mol/L醋酸溶液25mL、10g医用级羟基磷灰石粉末(平均粒径100nm)、质量分数1％的京尼平溶液20mL。

【技术特征摘要】
1.3D打印人工骨复合纤维蛋白支架的配方，其特征在于：采用以下配方：包括5g医用级胶原粉末、0.05mol/L醋酸溶液25mL、10g医用级羟基磷灰石粉末(平均粒径100nm)、质量分数1％的京尼平溶液20mL。2.制备权利要求1所述的3D打印人工骨复合纤维蛋白支架的配方及其制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：(1)配制胶原胶体：将5g医用级胶原粉末溶于25mL的0.05mol/L醋酸溶液制备胶原胶体；(2)混合：按胶原/羟基磷灰石质量比1：2的比例将含有5g胶原的胶体和10g羟基磷灰石粉末混合；(3)搅拌：将(2)混合的材料搅拌均匀，制得羟基磷灰石/胶原打印原料，即生物打印机的生物墨水。(4)三维重建：获取患者骨缺损部位的CT数据,利用阈值分割与区域增长相结合的方法分割CT图像,通过布尔运算获得分层CT图像蒙版(Mask)后进行三维重建,运用RepetierHost软件来构建个性化中空骨组织工程支架三维数字模型,并以羟基磷灰石、胶原膏体混合组织为原材料借助3D打印技术制备支架材料；(5)3D打印：将(3)搅拌后得出...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕龙，宋岳，
申请(专利权)人：中国人民解放军第四军医大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61