3D生物打印骨关节炎体外模型制造技术

本实用新型专利技术公开了3D生物打印骨关节炎体外模型，具体涉及生物材料3D打印技术领域，本实用新型专利技术包括支撑膜，所述支撑膜内底部设有第一培养基层，所述第一培养基层上设有两侧软骨结构层，所述软骨结构层包括软骨下骨层、软骨钙化层和软骨细胞层。本实用新型专利技术利用先进技术制造了高度仿生的关节模型，突破了现有的骨关节炎体外模型，解决了现有模型难以进行药物实验的问题。验的问题。验的问题。

3D bioprinted osteoarthritis in vitro model

【技术实现步骤摘要】
3D生物打印骨关节炎体外模型


[0001]本技术属于生物材料3D打印
，尤其涉及3D生物打印骨关节炎体外模型。

技术介绍

[0002]随着人口老龄化的不断加剧，骨关节炎(OA)患者的数量将显著增加。然而，目前的OA治疗手段仍然局限于保守疗法或直接手术干预，能够切实改善骨关节炎的有效药物依然稀缺，可用于药物研发的临床前骨关节炎模型也非常有限。因此，建立可靠的检测骨关节炎治疗药物疗效的体外模型十分必要。

技术实现思路

[0003]本技术提供了3D生物打印骨关节炎体外模型，以解决现有的骨关节炎模型在使用时不能检测药物效果的问题。
[0004]本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：3D生物打印骨关节炎体外模型，包括支撑膜，所述支撑膜呈盒状，所述支撑膜的顶端左侧设有入液口，所述支撑膜的底端右侧设有出液口，所述入液口和出液口上均设有开关，所述支撑膜的底部设有第一培养基层，所述第一培养基层上方设有两层软骨结构层，每层所述软骨结构层均包括软骨下骨层、软骨钙化层和软骨细胞层，所述软骨下骨层位于软骨钙化层底部，所述软骨细胞层位于软骨钙化层上方，两层所述软骨结构层之间设有关节液，最上方的所述软骨结构层上方设有第二培养基层。
[0005]技术的原理及效果：当需要对骨关节炎体外模型进行药物疗效实验时，经血液药物可以通过入液口注入，模拟骨关节软骨的营养供应系统；而由关节腔穿刺注入的药物，可以直接穿刺支撑膜的侧壁将其注入关节液内，从而模拟临床关节腔穿刺给药。
[0006]进一步，所述支撑膜为PDMS硅橡胶膜。
[0007]采用上述方案，PDMS硅橡胶膜物美价廉，而且具有良好的韧性。
[0008]进一步，所述关节液中添加有炎性关节液。
[0009]采用上述方案，可以高度模拟骨关节炎软骨细胞所处微环境。
[0010]进一步，所述支撑膜下设有支撑座，所述支撑座上设有与支撑膜形状相对的凹槽，所述支撑膜嵌设在凹槽中。
[0011]采用上述方案，可以固定支撑膜的形状。
[0012]进一步，两层所述软骨结构层的结构呈镜像设置。
[0013]采用上述技术方案，能实现关节间隙改变，能实现软骨间相互磨损的物理损伤，能实现软骨间的冲击损伤，衰老软骨细胞与炎性骨关节液等，都高度仿生了人体骨关节炎发生发展的病理过程。
[0014]与现有技术相比，本技术的有益效果是：利用先进技术制造了高度仿生的关节模型，有利于骨关节炎疾病的研究；制造的体外骨关节炎模型，可以快速、高通量实验药
物疗效，有利于骨关节炎药物的研发与验证。
附图说明
[0015]图1为本技术3D生物打印骨关节炎体外模型的俯视图；
[0016]图2为本技术中关节液下方的软骨结构层的结构示意图；
[0017]图3为本技术中关节液上方的软骨结构层的结构示意图；
[0018]图4为本技术的俯视图；
[0019]图中：1、支撑膜；2、第一培养基层；3、软骨结构层；4、关节液；5、第二培养基层；6、软骨钙化层；7、软骨下骨层；8、软骨细胞层；9、支撑座；10、入液口；11、出液口；12、开关。
具体实施方式
[0020]下面通过具体实施方式进一步详细的说明。
[0021]实施例：如图1至图4所示，3D生物打印骨关节炎体外模型，包括支撑膜1，支撑膜1为PDMS硅橡胶膜，PDMS硅橡胶膜具有耐温、弹性、耐老化等特点。支撑膜1的形状呈矩形盒状，支撑膜的顶端左侧开有入液口10，支撑膜1的底端右侧开有出液口11，入液口10和出液口11上均设有与其配合的开关12。支撑膜1的下侧设有支撑座9，支撑座9由透明材质制成，支撑座9的中间开有一个与支撑膜1形状相对的凹槽，支撑膜1嵌设在凹槽内，支撑膜1的四周高度高于凹槽的深度。第一培养基层2的上方设有两层软骨结构层3，两层软骨结构层3之间注射有关节液4。软骨结构层3分别包括软骨下骨层7、软骨钙化层6和软骨细胞层8。关节液4下方的软骨结构层3中软骨下骨层7位于最下方，软骨钙化层6位于软骨下骨层7上方，软骨细胞层8位于最上方；关节液4上方的软骨结构层3中软骨细胞层8位于下方，软骨下骨层7位于最上方，软骨钙化层6位于软骨细胞层8和软骨下骨层7之间。这样设置能实现关节腔结构、软骨结构的高度仿生，骨关节炎并不是单纯的软骨病变；能实现关节间隙改变，能实现软骨间相互磨损的物理损伤，能展现出软骨间的冲击损伤，衰老软骨细胞与炎性骨关节液等，都高度仿生了人体骨关节炎发生发展的病理过程；能实现软骨的营养供应系统的仿生，软骨内无血管供应，通过基质内扩散的方式吸收软骨下血管及周围组织液的营养。软骨下骨层7由PCL
‑
nHA(聚己内酯混合纳米级羟基磷灰石)打印而成并接种成骨诱导的BMSCs(骨髓间充质干细胞)，软骨钙化层6由GelMA
‑
nHA(甲基丙烯酸酐化明胶混合纳米级羟基磷灰石)负载软骨细胞打印而成，软骨细胞层8由GelMA(甲基丙烯酸酐化明胶)负载衰老软骨细胞打印而成，这样设置可以最大程度地模拟真实的人体软骨结构与骨关节炎中软骨细胞的微环境。关节液4中添加有炎性关节液，炎性关节液可以高度模拟骨关节炎软骨细胞所处微环境。最上方的软骨结构层3上方设有第二培养基层5。
[0022]工作时，当需要进行药物检测时，当需要对骨关节炎体外模型进行药物疗效实验时，经血液药物可以通过入液口10注入，从而起到模拟骨关节软骨的营养供应系统；而需要由关节腔穿刺注入的药物，则可以直接穿刺支撑膜1的侧壁将其注入关节液4内，从而模拟临床关节腔穿刺给药。
[0023]以上所述的仅是本技术的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未做过多描述，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本技术结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，例如骨关节炎微流控芯片、骨关节炎类器官模型和骨关节
模型，这些也应该视为本技术的保护范围，这些都不会影响本技术实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.3D生物打印骨关节炎体外模型，包括支撑膜(1)，其特征在于：所述支撑膜(1)呈盒状，所述支撑膜(1)的顶端左侧设有入液口(10)，所述支撑膜的底端右侧设有出液口(11)，所述入液口(10)和出液口(11)上均设有开关(12)，所述支撑膜(1)的底部设有第一培养基层(2)，所述第一培养基层(2)上方设有两层软骨结构层(3)，每层所述软骨结构层(3)均包括软骨下骨层(7)、软骨钙化层(6)和软骨细胞层(8)，所述软骨下骨层(7)位于软骨钙化层(6)底部，所述软骨细胞层(8)位于软骨钙化层(6)上方，两层所述软骨结构层(3)之间设有关节液(4)，最上...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔志，吴松，曹旭，黄俊杰，胡鹏志，彭程，周旋，陈勇，
申请(专利权)人：中南大学湘雅三医院，
类型：新型
国别省市：