用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架及其制备方法和应用，属于生物医用假体技术领域。解决了现有技术中，生长板损伤后有骨桥形成的患儿，手术切除骨岛后形成的生长板缺损修复的临床难题。本发明专利技术的生长板修复支架，先采用3D打印技术制备具有梯度孔隙的聚己内酯支架，然后利用I型胶原对聚己内酯支架进行表面改性，可有效搭载软骨细胞和间充质干细胞等种子细胞。该改性支架具有良好的促成软骨效果，能够促进软骨增殖和分化，修复损伤的生长板，尤其适用于临床上儿童生长板骨桥切除术后的治疗使用。板骨桥切除术后的治疗使用。板骨桥切除术后的治疗使用。

【技术实现步骤摘要】
用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物医用假体
，具体涉及一种用于生长板修复的梯度 3D打印聚己内酯(PCL)改性支架及其制备方法和应用，该改性支架具有定向诱导软骨分化的作用，且更有利于软骨细胞和间充质干细胞的粘附，促进生长板的修复。

技术介绍

[0002]生长板，又名骺板，是位于未成熟长骨骨骺与骨干之间的软骨组织，主要作用是作为儿童长骨长长的部位。生长板中，软骨细胞呈柱状排列，向下不断分化成熟。在组织学上，可以根据软骨的分化状态将生长板分为富含干细胞的静止区，不断增殖分化的增殖区，以及软骨细胞明显肥大老化的肥大区。由于生长板是由软骨构成，所以比较容易受伤，儿童期常见的生长板损伤原因包括感染、肿瘤、骨折等。临床统计发现，生长板损伤在儿童骨骼系统疾病中的发病率占到了15
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30％。生长板损伤后，最大的危害在于当损伤较严重时，该处的软骨组织会被骨组织所取代，形成骨桥。然而，骨桥不具有长骨长长的功能，因此，骨桥发生后，儿童患肢的生长停滞，最后导致患肢与正常肢体出现长度差异和成角畸形。这种畸形的发生对于还处在成长期的儿童来说是非常有害的。目前临床上，对于这种疾病的治疗方式主要是通过手术来切除骨桥，然后使用自体的脂肪或者肌肉组织来填充缺损。这种治疗方式，一般成功率较低，多发生二次损伤或新的骨桥复发形成。目前临床急需找到一种新的治疗手段来阻止骨桥的形成，同时还能促进生长板组织再生，使治疗后的生长板发挥正常功能。
[0003]近些年，随着软骨组织工程技术的发展，使用组织工程制备的假体显示出了很好的软骨修复效果，有希望使用组织工程技术来治疗生长板损伤。软骨组织工程一般包含三个方面：支架、活性物质和细胞。其中支架多采用可降解的生物材料制备而成，常见的有各种高分子材料，如聚氨酯(PU)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)等；活性物质包含各种促进成软骨的生长因子，如转化生长因子
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β、胰岛素样生长因子
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1、成纤维细胞生长因子
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2等；细胞主要是间充质干细胞或者软骨细胞。既往的研究表明，软骨组织工程制备的生物活性支架能更很好的促进软骨再生，可以用来治疗生长板损伤。然而现有临床上并没有专门用于治疗生长板损伤的支架。因此，有必要制备出一种能促进生长板重建的支架。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对儿童生长板损伤后有骨桥形成的患者，临床进行手术切除后，会出现生长板缺损这一难题，专利技术了一种用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术的一个目的在于利用3D打印技术制备一种具有梯度孔隙的聚己内酯支架，模拟生长板中各层高度比，通过设计不同孔隙梯度的支架，对软骨细胞进行分层诱导，逐级诱导软骨细胞肥大化，形成类似于正常生长板的软骨细胞分层结构。
[0006]本专利技术的另一个目的是对具有梯度孔隙的聚己内酯支架进行I型胶原表面改性，使支架的表面更有利于细胞粘附和生长，具有良好细胞相容性。
[0007]本专利技术的另一个目的是对改性的具有梯度孔隙的聚己内酯支架搭载间充质干细胞和软骨细胞，达到更有效的促进生长板修复的目的。
[0008]为实现上述目的，采用以下技术方案：
[0009]本专利技术的用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架的制备方法，步骤如下：
[0010]步骤一、3D打印具有梯度孔隙的聚己内酯支架
[0011]1a)确定待修复生长板的静止区、增殖区和肥大区的高度比；
[0012]1b)按照步骤1a)确定的高度比，以静止区的孔隙大小为80
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100微米，增殖区的孔隙大小为200
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300微米，肥大区的孔隙大小为300
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400微米，建立待修复生长板3D打印模型；
[0013]1c)使用聚己内酯为打印材料，3D打印待修复生长板3D打印模型，得到具有梯度孔隙的聚己内酯支架；
[0014]步骤二、制备I型胶原表面改性的具有梯度孔隙的聚己内酯支架
[0015]将具有梯度孔隙的聚己内酯支架浸泡到氢氧化钠溶液24h以上，缓冲液冲洗多次后，再浸泡到I型胶原溶液中2h以上，得到I型胶原表面改性的具有梯度孔隙的聚己内酯支架；
[0016]步骤三、I型胶原表面改性的具有梯度孔隙的聚己内酯支架搭载细胞
[0017]将软骨细胞和间充质干细胞中的一种或两种接种到I型胶原表面改性的具有梯度孔隙的聚己内酯支架上，得到用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架。
[0018]优选的是，所述步骤1a)中，通过定量分析组织学切片获得静止区、增殖区和肥大区的高度比。
[0019]优选的是，所述步骤1b)中，采用SIMPLIFY 3D软件建立待修复生长板 3D打印模型。
[0020]优选的是，所述步骤1c)，3D打印采用的3D打印机的喷头温度设定为120℃，底板温度设定为40℃。
[0021]优选的是，所述步骤1c)中，聚己内酯的分子量为80000。
[0022]优选的是，所述步骤1c)中，3D打印采用分层打印，每层层高0.2mm。
[0023]优选的是，所述步骤1c)中，3D打印机填充率为50％。
[0024]优选的是，所述步骤1c)中，静止区的打印速度为6mm/s，增殖区的打印速度为12mm/s，肥大区的打印速度为18mm/s。
[0025]优选的是，所述步骤二中，氢氧化钠的浓度为3M。
[0026]优选的是，所述步骤二中，I型胶原溶液的浓度为5mg/ml。
[0027]优选的是，所述步骤二中，缓冲液为PBS缓冲液，缓冲液冲洗三次，每次 5min。
[0028]优选的是，所述步骤三中，将软骨细胞和间充质干细胞按照细胞数比为1:3 的比例接种到I型胶原表面改性的具有梯度孔隙的聚己内酯支架上。
[0029]本专利技术还提供上述用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架的制备方法制备的用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯。
[0030]本专利技术还提供上述用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架的制备方法
制备的用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯在制备修复生长板的假体中的应用。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0032]本专利技术的用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架，首次采用3D 打印技术，打印出了高精度的、具有不同孔隙梯度的聚己内酯支架，该支架具有三种不同的孔隙，从上到下三种孔隙大小逐渐减小，由于不同的孔隙对软骨细胞具有不同的诱导作用，该改性支架在设计时完全根据正常生长板的三层结构的高度比例来设置，能够分层诱导软骨细胞或干细胞生成类似于生长板中的柱状软骨结构。
[0033]本专利技术的用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架，对具有梯度结构的聚己内酯支架进行了I型胶原表面改性，使得原来不利于细胞粘附的表面变的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤一、1a)确定待修复生长板的静止区、增殖区和肥大区的高度比；1b)按照步骤1a)确定的高度比，以静止区的孔隙大小为80
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100微米，增殖区的孔隙大小为200
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300微米，肥大区的孔隙大小为300
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400微米，建立待修复生长板3D打印模型；1c)使用聚己内酯为打印材料，3D打印待修复生长板3D打印模型，得到具有梯度孔隙的聚己内酯支架；步骤二、将具有梯度孔隙的聚己内酯支架浸泡到氢氧化钠溶液24h以上，缓冲液冲洗多次后，再浸泡到I型胶原溶液中2h以上，得到I型胶原表面改性的具有梯度孔隙的聚己内酯支架；步骤三、将软骨细胞和间充质干细胞中的一种或两种接种到I型胶原表面改性的具有梯度孔隙的聚己内酯支架上，得到用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架。2.根据权利要求1所述的用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架的制备方法，其特征在于，所述步骤1a)中，通过定量分析组织学切片获得静止区、增殖区和肥大区的高度比。3.根据权利要求1所述的用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架的制备方法，所述步骤1b)中，采用SIMPLIFY 3D软件建立待修复生长板3D打印模型。4.根据权利要求1所述的用于生长板修复的梯度3D打印聚己内酯改性支架的制备方法，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贺，王香港，王辰宇，王中汉，王金成，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：