一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法技术

技术编号:22557913 阅读:51 留言:0更新日期:2019-11-16 01:26
本发明专利技术公开了一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法,该液体支撑介质内生物三维打印人工关节的液体支撑介质由以下质量份数的原料制成:壳聚糖5‑50、海藻酸5‑50、环糊精5‑50、淀粉5‑50、白蛋白5‑50、明胶5‑50、溶剂5‑50。有益效果:该方法使用液体支撑介质内生物三维打印技术,极大地提高打印结构稳定性;而使用含种子细胞的打印液,可使产物含有大量细胞,根据需要,设计打印路径参数,打印获得人工关节生物支架,该方法所获得的人工关节生物支架精度高,同时携带大量细胞进行增殖修复,利于快速恢复关节腔内环境,重建关节结构与功能。

A three-dimensional printing method of artificial joint in liquid support medium

The invention discloses a method of biological 3D printing artificial joint in a liquid support medium. The liquid support medium of biological 3D printing artificial joint in the liquid support medium is made of the following raw materials with the mass parts: chitosan 5 \u2011 50, alginate 5 \u2011 50, cyclodextrin 5 \u2011 50, starch 5 \u2011 50, albumin 5 \u2011 50, gelatin 5 \u2011 50 and solvent 5 \u2011 50. Beneficial effect: this method uses the biological three-dimensional printing technology in the liquid support medium to greatly improve the printing structure stability; while using the printing liquid containing seed cells can make the product contain a large number of cells. According to the needs, design the printing path parameters and print to obtain the artificial joint biological stent. The precision of the artificial joint biological stent obtained by this method is high, while carrying a large number of fine Cell proliferation and repair is conducive to the rapid restoration of intra-articular environment, reconstruction of joint structure and function.

【技术实现步骤摘要】
一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法
本专利技术涉及三维打印
,具体来说,涉及一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法。
技术介绍
关节由关节面、关节囊和关节腔三部分构成,它是骨与骨之间的连接。关节由关节面至深层通常分为三层:软骨层,钙化软骨层,骨层。在运动中起到减少摩擦,减缓运动时的震动和冲击的作用。骨关节炎是一类较为常见的运动系统损伤,常见的骨关节炎包括髋关节炎、膝关节炎等,由炎症、感染、退化、创伤等因素引起,导致关节软骨变性或骨质结构改变,从而产生多关节肿胀、疼痛,远期甚至会引起关节畸形,残废等。目前对骨关节炎的治疗分为非手术治疗和手术治疗两大类,非手术治疗主要包括抗炎、润滑药物治疗,效果主要为缓解症状,改善关节功能,但疗效持续时间较短,无法根治。手术治疗中最有效的为人工关节置换术。目前临床使用的人工关节材料包括金属材料、高分子材料和陶瓷材料。但上述材料均有各自不足,金属材料可能存在应力屏蔽、金属假体松动、锈蚀等不利因素;高分子材料硬度偏低,易磨损并产生碎屑与巨噬细胞反应引起骨吸收;陶瓷材料则弹性模量远高于人体骨,匹配性差。组织工程技术为人工关节的制备提供了一种理想、符合生理需求的方法。用组织工程技术,即在体外培养少量的种子细胞,在扩增后和生物支架结合成复合物,将其植入病变部位后,细胞增殖、分化、分泌基质,修复损伤组织,同时生物材料逐渐降解,最终达到生物学意义上的完全修复。该复合物在组织工程中起到支撑作用,同时提供大量种子细胞并为之提供成长、分化和增殖的空间。支架与细胞共同引导受损组织的再生进行和控制再生组织的结构。针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
针对相关技术中的问题,本专利技术提出一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法,以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。为此,本专利技术采用的具体技术方案如下:一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法,该液体支撑介质内生物三维打印人工关节的液体支撑介质由以下质量份数的原料制成:壳聚糖5-50、海藻酸5-50、环糊精5-50、淀粉5-50、白蛋白5-50、明胶5-50、溶剂5-50。该液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法,包括以下步骤:种子细胞的培养:以含10%胎牛血清的F12培养基培养于37℃、5%CO2孵箱中,以含10%胎牛血清、结缔组织生长因子CTGF25ng/ml、抗坏血酸25uM的α-MEM培养基培养于37℃、5%CO2孵箱中。人工关节模型的建立:利用CT或MRI扫描获取损伤部位数据,通过生物三维打印机软件进行分割以及编辑处理,获取该部位三维模型,并进行局部修正及曲面化处理,保存该数据,格式为stl数据文件。三维打印路径的建立:将所得三维模型数据进行切片分层处理,从而形成每个层面的,打印高分子材料以及打印含细胞水凝胶材料的打印路径,将两个路径分别保存,等待下一步骤。液体支撑介质的制备:量取适量的壳聚糖、海藻酸、环糊精、淀粉、白蛋白和明胶,溶解于溶剂中并调整至所需密度。人工关节生物支架三维打印材料的制备:量取适量的生物高分子材料A1、A2并灭菌;量取适量的天然材料B1、B2并灭菌,与种子细胞混合,得到含细胞凝胶。人工关节生物支架三维打印设备的准备:调校生物三维打印设备的工艺参数:打印头直径为150-400μm,打印温度根据材料的热属性进行调整,打印过程中料筒气压为600-1000KPa,打印结构由S2步骤相对应的打印路径控制。人工关节生物支架的打印:将高分子材料A1和含细胞凝胶B1分别置入两料筒,启动设备,于S3支撑溶剂中进行三维打印,交替打印高分子材料与细胞凝胶,支撑溶剂中含交联剂,或打印完毕后使用适当方法对含细胞凝胶B1进行交联;当骨区制备完毕后,将料筒内的材料更换为A2、B2,对软骨区域进行打印,支撑溶剂中含交联剂,或打印完毕后使用适当方法对含细胞凝胶B2进行交联。三维打印人工关节的培养:量取适量的培养基,浸没S4所得的人工关节生物支架后放入二氧化碳培养箱中持续培养。进一步的,生物高分子材料A1、A2是由聚乳酸、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乳酸-己内酯共聚物、聚对二氧环己酮中的一种或几种构成。进一步的,天然材料B1、B2是由明胶、透明质酸、海藻酸钠、壳聚糖、胶原蛋白中的一种或几种构成。进一步的,种子细胞是由骨髓干细胞、软骨细胞中的一种或几种构成。进一步的,交联剂为紫外光、氯化钙溶液中的一种或几种。进一步的,在人工关节生物支架打印完成后,随后使用含海藻酸裂解酶的溶液去除海藻酸盐支撑介质。本专利技术的有益效果为:该方法使用液体支撑介质内生物三维打印技术,极大地提高打印结构稳定性;而使用含种子细胞的打印液,可使产物含有大量细胞,根据需要,设计打印路径参数,打印获得人工关节生物支架,该方法所获得的人工关节生物支架精度高,同时携带大量细胞进行增殖修复,利于快速恢复关节腔内环境,重建关节结构与功能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术实施例的一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法的流程图;图2是根据本专利技术实施例的一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法的骨区和软骨区吸光值对照图;图3是根据本专利技术实施例的一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法的骨区和软骨区软骨相关产物变化图;图4是根据本专利技术实施例的一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法的骨软骨恢复状况图。具体实施方式为进一步说明各实施例,本专利技术提供有附图,这些附图为本专利技术揭露内容的一部分,其主要用以说明实施例,并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理,配合参考这些内容,本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点,图中的组件并未按比例绘制,而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。根据本专利技术的实施例,提供了一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法。该液体支撑介质内生物三维打印人工关节的液体支撑介质由以下质量份数的原料制成:壳聚糖5-50、海藻酸5-50、环糊精5-50、淀粉5-50、白蛋白5-50、明胶5-50、溶剂5-50。实施例一:该液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法,包括以下步骤:步骤S101,种子细胞的培养:以含10%胎牛血清的F12培养基培养于37℃、5%CO2孵箱中,以含10%胎牛血清、结缔组织生长因子CTGF25ng/ml、抗坏血酸25uM的α-MEM培养基培养于37℃、5%CO2孵箱中。步骤S103,人工关节模型的建立:利用CT或MRI扫描获取损伤部位数据,通过生物三维打印机软件进行分割本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法,其特征在于,该液体支撑介质内生物三维打印人工关节的液体支撑介质由以下质量份数的原料制成:/n壳聚糖5-50、海藻酸5-50、环糊精5-50、淀粉5-50、白蛋白5-50、明胶5-50、溶剂5-50。/n

【技术特征摘要】
1.一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法,其特征在于,该液体支撑介质内生物三维打印人工关节的液体支撑介质由以下质量份数的原料制成:
壳聚糖5-50、海藻酸5-50、环糊精5-50、淀粉5-50、白蛋白5-50、明胶5-50、溶剂5-50。


2.一种液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法,其特征在于,该液体支撑介质内生物三维打印人工关节的方法,包括以下步骤:
种子细胞的培养:以含10%胎牛血清的F12培养基培养于37℃、5%CO2孵箱中,以含10%胎牛血清、结缔组织生长因子CTGF25ng/ml、抗坏血酸25uM的α-MEM培养基培养于37℃、5%CO2孵箱中。
人工关节模型的建立:利用CT或MRI扫描获取损伤部位数据,通过生物三维打印机软件进行分割以及编辑处理,获取该部位三维模型,并进行局部修正及曲面化处理,保存该数据,格式为stl数据文件。
三维打印路径的建立:将所得三维模型数据进行切片分层处理,从而形成每个层面的,打印高分子材料以及打印含细胞水凝胶材料的打印路径,将两个路径分别保存,等待下一步骤。
液体支撑介质的制备:量取适量的壳聚糖、海藻酸、环糊精、淀粉、白蛋白和明胶,溶解于溶剂中并调整至所需密度。
人工关节生物支架三维打印材料的制备:量取适量的生物高分子材料A1、A2并灭菌;量取适量的天然材料B1、B2并灭菌,与种子细胞混合,得到含细胞凝胶。
人工关节生物支架三维打印设备的准备:调校生物三维打印设备的工艺参数:打印头直径为150-400μm,打印温度根据材料的热属性进行调整,打印过程中料筒气压为600-1000KPa,打...

【专利技术属性】
技术研发人员:乔之光唐佳昕韩煜孙彬彬连梅菲郝永强戴尅戎李慧武
申请(专利权)人:上海交通大学医学院附属第九人民医院
类型:发明
国别省市:上海;31

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