一种骨缺损修复支架的制备方法技术

本发明专利技术提供一种骨缺损修复支架的制备方法，通过临床影像学CT、MRI扫描等方式得到骨缺损部位的影像学资料，然后根据患者骨缺损的具体形态，利用CAD软件进行建模，输出骨组织修复支架的STL格式文件，以生物可降解材料光固化聚己内酯为打印原料，利用光刻3D打印机将材料堆积成型，打印出适合患者缺损部位形态的多孔骨修复支架。再利用生物素

A preparation method of bone defect repair scaffold

【技术实现步骤摘要】
一种骨缺损修复支架的制备方法


[0001]本专利技术涉及组织工程骨缺损修复领域，具体是一种骨缺损修复支架的制备方法。

技术介绍

[0002]因创伤或手术所致的骨质短缺，称为骨缺损，比如病理过程中的创伤、炎症、骨病等因素所造成粉碎骨折、开放骨折大块骨组织缺损，炎症所致的骨坏死脱落分离，骨梗死或骨缺血性坏死所致大片骨坏死所造成的缺损等。由于骨缺损的存在，常造成骨不连接，延迟愈合或不愈合，及局部的功能障碍；所以由创伤和疾病造成的节段骨缺损的修复与功能重建一直是临床骨科亟待解决的难题，节段骨缺损的修复包括自体骨、异体骨、组织工程骨移植和人工骨替代等。
[0003]自体骨存在来源受限、增加另外手术创伤的缺点，异体骨需要经过冻干、深冻处理，成骨性能降低，组织工程骨的临床应用尚未成熟，因此目前人工骨在临床上的应用最广泛，现有的人工骨通常是采用PLGA/TCP支架或镁合金支架，且在支架上设置供骨细胞迁移和增殖的多孔。
[0004]但是，人工骨在修复节段骨缺损时，细胞、组织液难以渗透入其内部，血管长入的速度也相当慢，成骨活性差的支架材料，孔隙内往往容易被纤维组织占据，妨碍成骨细胞的迁移和增殖，容易发生骨不连，进而影响治疗效果；
[0005]节段性骨缺损往往由于严重创伤或肿瘤切除后所造成，存在较大的感染发生的风险，而现有的人工骨产品无法发挥治疗、抗菌功能，因此无法避免感染；
[0006]修复体的性能直接影响病人的人身安全，而现有的评估方法无法准确、全面的评估其性能，存在潜在风险。
[0007]如何提升骨修复材料的促血管化与成骨能力是骨组织修复的难题。研究发现，骨修复材料的结构设计是影响骨再生血管化的关键。目前采用的骨修复材料大多存在以下两点不足：1、力学性能较差；2、缺乏生物活性。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种骨缺损修复支架的制作方法，采用生物相容性好的光刻打印材料，这一类材料可通过结构的设计达到较高的弹性模量，再将其表面利用生物素
‑
亲和素系统接枝患者自体来源的脂肪干细胞外泌体，可增强骨修复支架的生物活性，提高其促血管化功能与促成骨能力。
[0009]本专利技术提供的技术方案：一种骨缺损修复支架的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)通过临床上影像学CT、MRI扫描方式得到患者的骨缺损部位的影像学数据，然后利用CAD软件进行三维建模，得到片层STL格式文件；
[0011](2)基于以上数据分析与模型制作，设计出特定形状适合患者骨缺损部位的个性化骨修复支架；
[0012](3)将光引发剂TPO
‑
L以1.0％
‑
2.0％w/v、光吸收剂β胡萝卜素以0.05％
‑
0.1％w/v
的浓度溶于光固化聚己内酯(PCLMA)，得到可用于骨支架打印的液态墨水；
[0013](4)将步骤(3)所得的骨支架打印液态墨水进行无菌处理(使用0.22um无菌滤器过滤)，加入离心管，移液枪反复吹打混匀，置于离心机内3000
‑
4000r/min离心3
‑
5分钟去除气泡，随后水浴锅内加热至37
‑
37.5℃备用；
[0014](5)对步骤(2)所得的模型进行分层切片处理(因为光刻打印机是层层打印，所以要将模型处理为适合打印的STL格式，也就是将模型切成很多层面，分层打印叠加成型)，将步骤(4)中所得的打印原料一同放入光固化3D打印机，进行无菌打印，逐层打印成固态且具有多孔结构的骨缺损修复支架。
[0015](6)对步骤(5)所得的多孔骨缺损修复支架进行表面改性处理，首先将其置于0.20
‑
0.25mol/L高锰酸钾与0.4
‑
0.5mol/L盐酸的混合溶液中，此混合溶液已预先进行无菌处理(0.22um无菌滤过膜过滤)，在45
‑
48℃恒温摇床下以120
‑
150r/min震荡8
‑
9小时，以上处理可暴露支架表面部分羟基，随后利用其与生物素羧基的酯化反应将生物素接枝到支架表面，使支架表面均匀生物素化。
[0016](7)将步骤(6)所得的表面暴露羟基的多孔骨修复支架进行生物素化处理，将1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)以0.3％
‑
0.4％w/v的浓度、4
‑
二甲氨基吡啶(DMAP)以0.005％
‑
0.007％w/v的浓度，生物素(Biotin)以0.4％
‑
0.5％w/v的浓度溶于无水二氯甲烷中，配制成骨修复支架生物素化的工作液。
[0017](8)将步骤(7)所得的工作液进行无菌处理，(0.22um无菌滤过膜过滤)将步骤(6)所得的骨修复支架置于此工作液中，47
‑
48℃恒温摇床120
‑
150r/mim震荡12
‑
14h，得到表面生物素化的骨修复支架。
[0018](9)将步骤(8)得到的生物素化支架置于含有生物素化外泌体的培养基中，按照20
‑
25ug/ml培养基的比例加入链霉亲和素，37
‑
37.5℃下放置30
‑
45min，即可利用生物素
‑
亲和素系统将生物素化外泌体紧密结合与生物素化支架上。
[0019]进一步的，所述步骤(5)中3D打印的参数为：层高20
‑
25μm，光强15
‑
20mW/cm2，基层层数10
‑
12，基层曝光时间10
‑
15s，片层曝光时间8
‑
13s，剥离距离6
‑
8mm，剥离速度18
‑
20mm/min，剥离回复速度100
‑
120mm/min，光源波长为405(特定)nm。
[0020]进一步的，所述步骤(9)中所述的外泌体为患者自体脂肪干细胞外泌体，抽吸法获取患者脂肪组织(临床上将病人全麻后，在手术台上先利用无菌抽脂针与20ml注射器，对病人进行抽脂，部位多选择腹部)，脂肪酶消化提取脂肪干细胞，于每次换液时收集上清，超速离心机内100000G离心2h，收集底部囊泡，
‑
80℃保存待用。外泌体内相关Micro RNA及蛋白可促进血管新生与成骨，有利于骨缺损支架中血管的长入，进一步加速了骨组织的再生。
[0021]进一步的，取超离得到的患者自体脂肪干细胞外泌体，加入1
‑
1.5nmol/ul的DSPE
‑
PEG
‑
Biotin溶液，使得脂肪干细胞外泌体最终浓度为2.3
‑
2.4μg/μl，随后于4℃下静置30
‑
45min，即可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨缺损修复支架的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)通过临床上影像学CT、MRI扫描方式得到患者的骨缺损部位的影像学数据，然后利用CAD软件进行三维建模，得到片层STL格式文件；(2)基于以上数据分析与模型制作，设计出适合患者骨缺损部位的个性化骨修复支架；(3)将光引发剂TPO
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L以1.0％
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2.0％w/v、光吸收剂β胡萝卜素以0.05％
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0.1％w/v的浓度溶于光固化聚己内酯中，得到可用于骨支架打印的液态墨水；(4)将步骤(3)所得的骨支架打印液态墨水进行无菌处理后加入离心管，置于离心机内3000
‑
4000r/min离心3
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5分钟去除气泡，随后水浴锅内加热至37
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37.5℃备用；(5)对步骤(2)所得的模型进行分层切片处理，将步骤(4)中所得的打印原料一同放入光固化3D打印机，进行无菌打印，逐层打印成固态且具有多孔结构的骨缺损修复支架；(6)将步骤(5)所得的多孔骨缺损修复支架置于含有0.20
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0.25mol/L高锰酸钾与0.4
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0.5mol/L盐酸的混合溶液中，在45
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48℃恒温摇床下以120
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150r/min震荡8
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9h；(7)将1
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乙基
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(3
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二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺以0.3％
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0.4％w/v的浓度、4
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二甲氨基吡啶以0.005％
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0.007％w/v的浓度，生物素以0.4％
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0.5％w/v的浓度溶于无水二氯甲烷中，配制成骨修复支架生物素化的工作液；(8)将步骤(7)所得的工作液进行无菌处理，然后将步骤(6)所得的骨修复支架置于此工作液中，47
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48℃恒温摇床120
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150r/mim震荡12
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14h，得到表面生物素化的骨修复支架；(9)将步骤(8)得到的生物素化支架置于含有生物素化外泌体的培养基中，按照20
‑
25ug/ml培养基的比例加入链霉亲和素，37

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文彬，孙家明，陈雳风，汪振星，刘剑，张郭，陈宇轩，詹怡辰，张一帆，
申请(专利权)人：华中科技大学同济医学院附属协和医院，
类型：发明
国别省市：