一种用于胆管修复的3D打印支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于胆管修复的3D打印支架及其制备方法。本发明专利技术采用具有良好力学性能的聚己内酯作为复合管状支架的内层，增强了复合支架的力学性能，有利于维持支架形状；利用GelMA作为支架外壳，提高复合支架的生物相容性；此外，多肽促进了细胞的粘附与增殖；添加MRI成像剂使得复合管状支架具有MRI成像功能。该复合管状支架具有优异的胆管修复效果，为胆管修复的诊疗一体化提供了新思路。

A 3D printing stent for bile duct repair and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种用于胆管修复的3D打印支架及其制备方法
本专利技术涉及生物医用材料领域，具体涉及一种用于胆管修复的3D打印支架及其制备方法。
技术介绍
胆道手术是外科手术的难点，术中损伤胆管的修复、修复后发生再狭窄以及胆道恶性狭窄的治疗一直是腹部外科的难题。近年来，随着临床对胆道远端Oddi括约肌功能的逐步重视，各种形式的胆道修复术得到了发展。目前国内外开展的多为自体组织修复，如带血管蒂胆囊瓣、胃瓣、空肠瓣等胆道修复。但由于自体组织必须取自健康部位，增加了创伤，且远期疗效尚不肯定，而同种异体或异种移植又存在难以避免的免疫排斥，人工材料因此成为克服组织缺损的第三种选择。20世纪80年代组织工程学的出现，为人类修复器官缺损带来了新的希望。组织工程的三个关键要素是支架材料、种子细胞以及细胞和材料的复合。支架在组织工程策略中扮演着一个关键角色。支架不仅应为细胞提供物理支持，还应使细胞能够形成高度有序的有功能的组织。早期的研究报道用于替代胆管的不可降解型支架材料包括涤纶、聚四氟乙烯、氟橡胶等，这些不可降解材料会不可避免地引起机体的纤维细胞增生反应，对胆管上皮细胞的黏附生长以及细胞外基质的沉积造成影响。因此，不可降解材料胆管只能起到暂时替代的功用，而以可降解材料为基础的组织工程化胆管成为研究的热点。聚己内酯(PCL)是一种半结晶性的线性疏水聚合物，具有良好的生物相容性及力学性能，降解产物于人体无害，其降解过程主要是水解及断裂过程，具有一定的抗快速降解性，是一种理想的生物医用材料。但由于PCL表面缺乏细胞亲和位点且降解速度较慢，因此该材料在应用中仍需进一步改性。水凝胶是一种由亲水性集团相互交联构成的网络支架材料，因其与细胞外基质(ECM)具有诸多相似性，能够良好的支持附着于其表面、或包裹于其中的细胞的各项生物学行为，已被广泛用于牙周组织工程支架的研究。近年来开发出的一种新型光敏水凝胶—甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)得到了学者们的广泛青睐，其优点包括：结构上具有细胞粘附位点及基质金属蛋白酶水解位点，故可良好支持细胞的增殖及迁徙；甲基丙烯酸酐基团的存在使其具有光敏性，能够在紫外光照射下快速交联；理化性能灵活可调；能够通过诸多微制造工艺，如生物打印、光刻技术、自组装、微流体技术等，制造出具有独特形貌特点的结构单元等。GelMA水凝胶在已被证实其在骨、软骨、心肌、血管等组织再生方面的独特优势，并且在基础细胞研究、细胞信号传导、药物/基因控释及生物感应等领域亦取得了较好的结果。GelMA水凝胶虽然容易被生物降解，且无抗原性，具有良好的组织相容性，然而其力学性能较差。超小型氧化铁颗粒(USPIO)构建分子探针用于临床医学诊断、靶向药物输送并取得较好的效果。USPIO是T2负性造影剂，使病灶与正常组织之间对比度更加显著。USPIO主要成分为Fe3O4或Fe2O3，粒子直径小(小于30nm)，血浆半衰期长，生物相容性高。作为网状内皮系统特异性造影剂，USPIO进入体内后不会被巨噬细胞吞噬，细胞代谢后进入人体正常血浆铁池进一步代谢，毒副作用低。骨髓间充质干细胞(BMSC)具有强大的增殖能力及多向分化潜能，在体内、外均有向神经细胞分化的潜能；且具有来源广泛、易于培养和自体移植不引起排斥反应；不涉及伦理问题等特点，是目前神经组织工程理想的种子细胞。可见，有必要对制备一种具有MRI成像功能，能够负载骨髓间充质干细胞(BMSC)的复合管状支架，提高细胞与支架的融合度，改善支架材料的生物相容性，对胆管进行诊疗一体化修复。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种用于胆管修复的3D打印支架及其制备方法，该支架具有MRI成像功能以及良好的生物相容性，能够负载骨髓间充质干细胞，且细胞与支架的融合度高，可对胆管进行诊疗一体化修复。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种用于胆管修复的3D打印支架，其特征在于，所述支架为复合管状支架，包括PCL管状支架，GelMA包覆在PCL管状支架的表面形成GelMA外壳，所述GelMA外壳中含有多肽和MRI成像剂。本专利技术利用聚己内酯(PCL)作为支架内层，甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)作为支架外壳，并加入多肽和MRI成像剂，利用3D打印技术开发出一种新型的复合管状支架材料。GelMA水凝胶与PCL复合，能够增强细胞黏附，改善PCL的亲水性和调节PCL的降解速度，具有良好的机械强度使该复合管状支架材料能够负载骨髓间充质干细胞(BMSC)，对胆管进行修复。此外，多肽能够促进细胞的粘附和增殖，同时加入MRI成像剂，使该复合管状支架具有优异的MRI成像性能，从而实现胆管修复的诊疗一体化。优选地，所述多肽包括IKVAV多肽、MAX1多肽、RAD16-II多肽、YIGSR多肽中的至少一种，促进细胞的粘附和增殖。优选地，所述MRI成像剂包括USPIO粒子、MnO纳米粒子、NaGdF4纳米粒子中的至少一种，使得支架具有MRI成像功能。本专利技术还提供了上述用于胆管修复的3D打印支架的制备方法，包括以下步骤：(1)采用3D打印技术，将PCL逐层打印得到PCL多孔管状支架；(2)将PCL多孔管状支架置于含有GelMA、多肽和MRI成像剂的混合溶液中充分浸润后，在外加光源照射下完成固化，得到所述用于胆管修复的3D打印支架。优选地，所述步骤(1)中，将PCL颗粒放入3D打印机料筒内，对腔体和喷嘴进行加热，熔融PCL颗粒；待PCL颗粒熔融后，开启气压，调节气压和电压，待喷嘴稳定出丝后，将PCL丝打印到金属旋转轴上，通过控制喷嘴与金属棒的距离、喷嘴的旋转速率和移动速率、支架的打印层数，得到PCL管状支架；3D打印的工艺参数具体为：腔体温度为50～100℃，优选为70℃；喷嘴温度为50～150℃，优选为95℃；加热时间为1～3h，优选为2h；金属轴直径为1～10mm，优选为5mm；喷嘴与金属棒的距离为1～6mm；优选为2mm；喷嘴的旋转速率和移动速率为500～2000mm/min，优选为1000mm/min；打印层数为50～150层，优选为100层。本专利技术通过优选上述3D打印的工艺参数，打印得到的支架具有菱形多孔结构，具有良好的性能；尤其当腔体温度为70℃；加热时间为2h；金属轴直径为5mm；喷嘴的旋转速率为1000mm/min；打印层数为100层，打印得到的支架置于含GelMA、多肽和MRI成像剂的混合溶液充分浸润后，成胶效果最好；当喷嘴温度为95℃；喷嘴与金属棒的距离为2mm；喷嘴移动速率为1000mm/min，打印得到的支架丝径均一，不变形，具有较好的外观、直径和性能，符合本专利技术的生物研究要求。优选地，所述含有GelMA、多肽和MPI成像剂的混合溶液的制备方法，包括以下步骤：(2.1)在PBS溶液中加入GelMA，水浴加热使其充分溶解，得到GelMA溶液；(2.2)在GelMA溶液中加入多肽粉末，充分混匀，得到含GelMA和多肽的溶液；(2.3)将含GelMA和多肽的溶液与MRI成像剂混合均匀，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于胆管修复的3D打印支架，其特征在于，包括PCL管状支架，GelMA包覆在PCL管状支架的表面形成GelMA外壳，所述GelMA外壳中含有多肽和MRI成像剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于胆管修复的3D打印支架，其特征在于，包括PCL管状支架，GelMA包覆在PCL管状支架的表面形成GelMA外壳，所述GelMA外壳中含有多肽和MRI成像剂。


2.如权利要求1所述的用于胆管修复的3D打印支架，其特征在于，所述多肽包括IKVAV多肽、MAX1多肽、RAD16-II多肽、YIGSR多肽中的至少一种。


3.如权利要求1所述的用于胆管修复的3D打印支架，其特征在于，所述MRI成像剂包括USPIO粒子、MnO纳米粒子、NaGdF4纳米粒子中的至少一种。


4.如权利要求1-3任一项所述用于胆管修复的3D打印支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用3D打印技术，将PCL逐层打印得到PCL管状支架；
(2)将PCL管状支架置于含有GelMA、多肽和MRI成像剂的混合溶液中充分浸润后，在外加光源照射下完成固化，得到所述用于胆管修复的3D打印支架。


5.如权利要求4所述用于胆管修复的3D打印支架的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将PCL颗粒放入3D打印机料筒内，对腔体和喷嘴进行加热，熔融PCL颗粒；待PCL颗粒熔融后，开启气压，调节气压和电压，待喷嘴稳定出丝后，将PCL丝打印到金属旋转轴上，通过控制喷嘴与金属棒的距离、喷嘴的旋转速率和移动速率、支架的打印层数，得到PCL管状支架；
3D打印的工艺参数具体为：腔体温度为50～100℃，优选为70℃；喷嘴温度为50～150℃，优选为95℃；加热时间为1～3h，优选为2h；金属轴直径为1～10mm，优选为5mm；喷嘴与金属棒的距离为1～6mm；优选为2mm；喷嘴的旋转速率和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅军，向杨，张剑权，谢树才，郭俊成，
申请(专利权)人：海口市人民医院，
类型：发明
国别省市：海南;46