一种3D生物打印的活性骨修复材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种3D生物打印的活性骨修复材料及其制备方法和应用，包括：支架主体层及生物墨水层，支架主体层与生物墨水层交替层叠设置，支架主体层厚度为450

【技术实现步骤摘要】
一种3D生物打印的活性骨修复材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及组织材料领域，具体涉及一种3D生物打印的活性骨修复材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]因创伤、感染、肿瘤切除等原因引起的大段骨缺损是目前骨科领域的一大难题。尽管骨组织具有强大的自愈能力，但这种自愈能力也仅在一定的缺损范围之内，一旦超出它的自愈临界点，如果不对其施加外在干预，机体也无法完全愈合。而自体骨移植一直被认为是治疗骨缺损的“金标准”，但因其来源有限，术中需额外手术取骨，术后可能出现取骨处疼痛、感染、骨折及神经损伤等并发症，限制了其临床应用；同样，同种异体骨具有诱发免疫反应，与宿主骨整合、重塑缓慢，传播疾病等风险。
[0003]综上，无论是自体骨移植还是异体骨移植均存在移植骨量有限、易产生并发症、疾病传播风险等问题，因此亟需提供一种新型骨修复材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有骨缺损修复材料的不足，提供了一种3D生物打印的活性骨修复材料及其制备方法和应用。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种3D生物打印的活性骨修复材料，包括：支架主体层及生物墨水层，所述支架主体层与所述生物墨水层交替层叠设置，所述支架主体层厚度为450
‑
550微米，所述生物墨水层厚度为300
‑
400微米；所述生物墨水层包括：患者自体骨髓间充质干细胞、富血小板血浆、以及用于将所述骨髓间充质干细胞与所述富血小板血浆粘结的粘结剂；其中，富血小板血浆与粘结剂的质量比为1:1
‑
1:1.5，骨髓间充质干细胞的浓度为1
×
107‑
1.5
×
107个/ml。
[0006]可选的，所述粘结剂为医用明胶。
[0007]可选的，所述支架主体层由β
‑
磷酸三钙和聚己内酯制成。
[0008]可选的，所述支架主体层中，β
‑
磷酸三钙与聚己内酯的质量比为3:7。
[0009]本专利技术还提供了上述3D生物打印的活性骨修复材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1，制备患者自体骨髓间充质干细胞：使用贴壁法从患者骨髓液中采用分离培养患者自体骨髓间充质干细胞；
[0011]步骤2，制备患者自体富血小板血浆：使用二次离心法从患者静脉血中分离患者自体富血小板血浆；
[0012]步骤3，制备3D生物打印的活性骨修复材料：将粘结剂与富血小板血浆混合，制得混合溶液；将骨髓间充质干细胞悬着于所述混合溶液中，制得生物墨水；将支架主体层材料与生物墨水分别填入3D打印设备中，制得3D生物打印的活性骨修复材料。
[0013]可选的，上述步骤3还包括：三维CT图像的获取，对患者骨缺损部位进行三维CT扫描，通过三维重建软件进行三维建模，获得骨缺损部位的立体三维模型，由此确定需要的3D
生物打印的活性骨修复材料的外观形态。
[0014]可选的，上述3D生物打印的活性骨修复材料能够用于骨缺损的修复。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016](1)本专利技术以患者自体骨髓间充质干细胞(BMSC)作为生物墨水层主要成分，BMSC具有很强的增殖分化能力，可定向分化为成骨细胞、软骨细胞，进行骨缺损的修复。
[0017](2)本专利技术以患者自体富血小板血浆(PRP)作为生物墨水层主要成分，PRP能够释放多种生物因子，有利于促进BMSC生长分化，进而加速骨形成；与外源性生长因子相比，降低了免疫排斥、疾病传播、人类遗传结构改变现象的发生。
[0018](3)本专利技术以β
‑
磷酸三钙(β
‑
TCP)和聚己内酯(PCL)作为支架主体层，此两件材料具备良好的生物相容性及骨整合性，且可降解，支架主体层降解后形成的空间用于新骨长成。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一实施例中的3D生物打印的活性骨修复材料的主视图。
[0020]图2为图1所示的3D生物打印的活性骨修复材料的侧视图。
具体实施方式
[0021]以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0022]目前，临床上的大段骨缺损通常通过自体骨移植或异体骨移植进行修复，然而无论是自体骨移植还是异体骨移植均存在移植骨量有限、易产生并发症、疾病传播风险等问题。
[0023]如图1和图2所示，为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种3D生物打印的活性骨修复材料，包括：支架主体层及生物墨水层，所述支架主体层与所述生物墨水层交替层叠设置，生物墨水层包括：患者自体骨髓间充质干细胞(BMSC)、富血小板血浆(PRP)、以及用于将BMSC与PRP粘结的粘结剂。PRP与粘结剂的质量比为1:1
‑
1:1.5，BMSC的浓度为1
×
107‑
1.5
×
107个/ml。
[0024]BMSC是一种中胚层来源的多能干细胞，具有很强的增殖分化能力，可定向分化为成骨细胞、软骨细胞等，具有易获取、易培养、低免疫原性和易于外源基因转染并长期表达等特点，使用患者自身BMSC能够避免患者产生免疫排斥反应。
[0025]PRP来自于患者自身，是通过离心的方法从全血中提取出来的血小板浓缩液，能够释放多种生长因子，有利于促进BMSC生长分化，进而加速骨形成。与外源性生长因子相比，降低了免疫排斥、疾病传播、人类遗传结构改变现象的发生。
[0026]一些实施例中，上述PRP释放的生长因子包括：血小板源性生长因子(PDGF)、转化生长因子(TGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、胰岛素样生长因子(IGF)等30余种。
[0027]一些实施例中，粘结剂可以是市售医用明胶(gelatin)。明胶是胶原的衍生物，具有较好的生物相容性及亲水性，有利于细胞的粘附。
[0028]市售聚己内酯(PCL)及市售β
‑
磷酸三钙(β
‑
TCP)作为支架主体层材料，具备良好的生物相容性及骨整合性，而且复合使用具有较好的机械性能及优良的骨诱导能力。此外，PCL和β
‑
TCP为可降解材料，植入体内后会发生降解，降解后的空间用来新骨长成。
[0029]因而，将以上几种材料结合制备得到的活性骨修复材料，既具有良好的机械性能又有良好的生物活性。
[0030]本专利技术通过3D生物打印技术制备上述活性骨修复材料。3D生物打印技术是将生物材料在计算机辅助下通过逐层沉积方法组装，可将细胞精确的定植在生物支架上，控制细胞微观的排列分布，调整组织工程支架的形状、大小以及材料内部的孔隙率，进而调节细胞间、细胞与材料间的相互作用。因而本专利技术可以按照患者骨组织受损部位的大小和形状制造骨修复材料，针对不同患者制作出合适的个体化骨修复材料。
[0031]实施例
[0032]本实施例提供了一种3D生物打印的活性骨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D生物打印的活性骨修复材料，其特征在于，包括：支架主体层及生物墨水层，所述支架主体层与所述生物墨水层交替层叠设置，所述支架主体层厚度为450
‑
550微米，所述生物墨水层厚度为300
‑
400微米；所述生物墨水层包括：患者自体骨髓间充质干细胞、富血小板血浆、以及用于将所述骨髓间充质干细胞与所述富血小板血浆粘结的粘结剂；其中，富血小板血浆与粘结剂的质量比为1:1
‑
1:1.5，骨髓间充质干细胞的浓度为1
×
107‑
1.5
×
107个/ml。2.如权利要求1所述的3D生物打印的活性骨修复材料，其特征在于，所述粘结剂为医用明胶。3.如权利要求1所述的3D生物打印的活性骨修复材料，其特征在于，所述支架主体层由β
‑
磷酸三钙和聚己内酯制成。4.如权利要求3所述的3D生物打印的活性骨修复材料，其特征在于，所述支架主体层中，β
‑
磷酸三...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹博军，郝永强，冉朝阳，
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：