一种框架式骨关节假体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种框架式骨关节假体及其制备方法和应用，所述假体含有与重建部位缺损形状的完全一致匹配的框架结构，可通过3D打印技术获得，并在假体外表面覆盖促进骨关节再生的凝胶制剂，同时框架结构还设有网格层，当假体移植入体内替换骨关节后，框架结构提供即时的力学支撑，凝胶制剂中含有的成骨配方有效促进骨关节再生，网格层帮助骨关节再生，应用组织工程骨再生技术解决力学稳定和快速骨再生的问题，使得框架结构的假体与骨骼或骨关节再生融为一体，成为一个有活力的嵌合骨组织，有效解决大块骨骼或骨关节缺损的修复问题。解决大块骨骼或骨关节缺损的修复问题。解决大块骨骼或骨关节缺损的修复问题。

【技术实现步骤摘要】
一种框架式骨关节假体及其制备方法和应用
[0001]本专利技术要求以申请日为2020年07月14日，申请号为CN202010672800.3，名称为“一种3D打印框架式骨骼或骨关节假体”的专利技术专利申请为优先权。


[0002]本专利技术涉及骨关节假体
，具体而言，涉及一种框架式骨关节假体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0003]炎症、肿瘤、创伤导致的大块骨骼或骨关节缺损修复重建是目前临床面临的巨大挑战，如治疗修复不当，会造成严重的功能障碍和医疗负担。目前主要的治疗方法有自体骨移植，同种异体骨移植，骨水泥填充，关节假体置换等，均有相应的缺点和不足。主要有自体骨来源不足，造成新的创伤和缺损，异体骨与自身不整合，骨水泥填充时偶尔可引起骨髓腔内高压，关节假体断裂感染松动等问题。因此，建立更先进的大块骨骼或骨关节缺损修复策略具有重要的现实意义。
[0004]组织工程技术近年来已成为修复骨、软骨和骨软骨界面的有效潜在选择之一。组织工程加修复再生技术有望实现体内原位大块骨关节再生，成为有血运的活组织，能够克服上述方法的缺点。但是在实现大块骨骼或骨关节组织再生的过程中，需要一个有力学强度的支架对骨缺损部位进行充填，提供再生的局部环境。目前经临床检验证实可行的主要是金属支架，也包括部分非金属支架。但由于临床大块骨骼或骨关节缺损部位和体积的极大个体差异，而且关节软骨组织具有相当的复杂性，有效的大块骨骼或骨关节缺损修复再生策略仍未建立。因此急需进一步优化骨骼或骨关节假体支架结构和力学特性，建立能有效修复大块骨骼或骨关节缺损、诱导骨软骨再生的组织工程模型，从而使假体和再生骨组织的融合一体，实现大块骨骼或骨关节缺损的完整修复。
[0005]CN110215318A公开了一种利用3D打印技术制备的人工关节假体，包括多孔层、致密层和嵌入层，采用新型多孔仿生生物材料，通过3D打印，制备与手术部位形态拟合性好的人工关节假体。但其需要通过多孔层在体外培植软骨细胞获得关节软骨面，并需要通过在致密层增设大孔结构以填充自体骨组织，才能使人工关节假体与周围骨组织“生长”为一体，实现骨缺损重建。不仅操作繁琐，而且由于体外培植软骨细胞存在不确定因素，风险较大。
[0006]目前还未有通过采用框架式骨关节假体与促进骨关节再生的水凝胶的组合，完成大块骨骼或骨关节的同步替换与原位再生，从而实现骨关节缺损修复的相关报道。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术提供一种框架式骨关节假体，所述假体含有与重建部位缺损形状的完全一致匹配的框架结构，并在假体外表面覆盖促进骨关节再生的凝胶制剂，当假体移植入体内替换骨关节后，框架结构提供即时的力学支撑，凝胶制剂中含有的成骨
配方有效促进骨关节再生，应用组织工程骨再生技术解决力学稳定和快速骨再生的问题，使得框架结构的假体与骨骼或骨关节再生融为一体，成为一个有活力的嵌合骨组织，有效解决大块骨骼或骨关节缺损的修复问题。
[0008]一方面，本专利技术提供了一种框架式骨关节假体，包含上中下三段，上段为关节软骨层、中段为骨干和下段为髓腔杆；所述关节软骨层和骨干为框架式结构；所述假体外表面覆盖促进骨关节再生的凝胶制剂；假体的框架结构与重建部位缺损形状完全匹配。
[0009]本专利技术提供的骨关节假体框架按照人体关节骨骼结构进行设计，可采用3D打印技术等实现对重建部位缺损形状的完全一致匹配。
[0010]骨骼或骨关节假体的框架结构提供足够的力学支撑和骨再生空间。
[0011]进一步地，所述假体外表面覆盖的凝胶制剂包括水凝胶和自体骨髓或碎骨粒的混合物；所述水凝胶包含生物支架材料、骨髓间充质干细胞成骨诱导剂、骨再生添加剂和光引发剂，其中所述生物支架材料包括GelMA、SilkMA、透明质酸、壳聚糖、HANB中的任意一种或几种。
[0012]本专利技术提供的水凝胶可以是明胶，蚕丝，透明质酸，壳聚糖等天然生物材料，在这些生物材料基础上再进行基团改性，使其具有甲基丙烯酸酐化的基团(
‑
MA)或亚硝基丁酰胺化的基团(N
‑
(2
‑
aminoethyl)
‑4‑
(4
‑
(hydroxymethyl)
‑2‑
methoxy
‑5‑
nitrosophenoxy)butanamid，
‑
NB)。比如明胶来源的GelMA，蚕丝来源的SilkMA，透明质酸、壳聚糖来源的HANB。这些改性后的生物材料在lithiumphenyl
‑
2,4,6
‑
trimethylbenzoylphosphinate(LAP)作为引发剂和有紫外光照的条件下能够自发交联形成水凝胶。
[0013]水凝胶是生物相容性很好的生物材料，可以作为支架或载体，包裹细胞、生长因子、药物或其它生理活性物质涂覆在移植物表面。一方面起到固定细胞和生长因子的作用，使其不易流失。另一方面可以对生长因子、药物等起到缓释作用，延长药物的作用时间。
[0014]添加自体骨髓或碎骨粒目的是增加自体组织和细胞的比重，更多的采用自体组织，减少生物材料带来的潜在炎症反应，促进快速再生愈合，同时水凝胶在其中还可以填充孔隙、负载和缓释再生活性物质、固定自体骨髓和碎骨粒在原来位置。
[0015]进一步地，所述水凝胶与自体骨髓或碎骨粒组织的体积比为1:2；所述生物支架材料为5％的GelMA或25％的SilkMA。
[0016]实验证明，水凝胶与自体骨髓或碎骨粒组织的体积比为1:2时，可以更好地发挥水凝胶与自体骨髓或碎骨粒组织的协同作用，促进骨再生。
[0017]进一步地，所述骨髓间充质干细胞成骨诱导剂包括100mmol/L的β
‑
甘油磷酸，10
‑3mol/L的地塞米松，500ug/ml的维生素C，以及1mg/ml的唑来膦酸；所述骨再生添加剂包括3mg/ml的骨形态生成蛋白BMP
‑
2，30ug/ml的成纤维生长因子，3ug/ml的血管内皮生长因子，30mg/ml的干细胞培基冻干粉；所述光引发剂为0.5％的LAP。
[0018]虽然也有些文献报道了关于促进成骨的配方试剂，如地塞米松等促进成骨的活性成分，和BMP等生长因子；但大量实验证明，单一成骨组分无法有效促进骨再生；BMP作为促进成骨活性最强的生长因子，超生理剂量使用容易导致异位成骨和未成熟骨质的骨吸收，容易导致再生骨力学性能的下降；而且单纯使用生长因子，成骨活性维持时间短；单纯使用含有成骨活性的药物也容易产生局部的累积毒性。
[0019]本专利技术采用活性物质和生长因子相结合的方式，两者合用有协同增强成骨的作
用，同时采用生物相容性好、可光照实现交联的水凝胶作为载体，操作简单，还可延缓生长因子和活性物质的释放时间，延长促进骨再生的作用时间，有效促进骨骼再生。
[0020]本专利技术提供的假体可采用医用金属、高分子合成材料、天然材料、仿生生物材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种框架式骨关节假体，其特征在于，包含上中下三段，上段为关节软骨层，中段为骨干，下段为髓腔杆；所述关节软骨层和骨干为框架式结构；所述假体外表面覆盖促进骨关节再生的凝胶制剂；假体的框架结构与重建部位缺损形状完全匹配。2.如权利要求1所述的假体，其特征在于，所述假体外表面覆盖的凝胶制剂包括水凝胶和自体骨髓或碎骨粒的混合物；所述水凝胶包含生物支架材料、骨髓间充质干细胞成骨诱导剂、骨再生添加剂和光引发剂，其中所述生物支架材料包括GelMA、SilkMA、透明质酸、壳聚糖、HANB中的任意一种或几种。3.如权利要求2所述的假体，其特征在于，所述水凝胶与自体骨髓或碎骨粒组织的体积比为1:2；所述生物支架材料为5％的GelMA或25％的SilkMA。4.如权利要求3所述的假体，其特征在于，所述骨髓间充质干细胞成骨诱导剂包括100mmol/L的β
‑
甘油磷酸，10
‑3mol/L的地塞米松，500ug/ml的维生素C，1mg/ml的唑来膦酸；所述骨再生添加剂包括3mg/ml的骨形态生成蛋白BMP
‑
2，30ug/ml的成纤维生长因子，3ug/ml的血管内皮生长因子，30mg/ml的干细胞培基冻干粉；所述光引发剂为0.5％的LAP。5.如权利要求1
‑
4...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳宏伟，吴宏伟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：