生物打印仿肌腱-骨多细胞支架及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及生物打印仿肌腱

【技术实现步骤摘要】
生物打印仿肌腱
‑
骨多细胞支架及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物材料制备
，具体涉及一种生物打印仿肌腱
‑
骨多细胞支架及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]肌腱
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骨界面是肌腱和骨之间的特殊过渡区，在连接肌腱和骨以实现运动方面起着重要作用。肌腱
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骨界面的复杂层次结构包括矿物成分、细胞外基质和细胞表型的梯度分布，有助于分散机械应力、增强软硬组织之间的结合强度。由于其复杂的层次结构、较差的再生能力和较长的愈合期，手术后肌腱
‑
骨界面的完全重建仍然是一个巨大的挑战。当前用于治疗肌腱
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骨损伤的生物材料往往无法同时刺激骨和肌腱的再生，从而导致重建肌腱
‑
骨界面的愈合效率有限。
[0003]目前，仿生策略在复杂组织的再生方面引起了广泛关注。通过模拟复杂组织的结构和成分，可以制备能够满足不同组织生理特征的构建物，从而促进复杂组织的综合修复。受益于仿生策略的优势，诸如骨软骨组织和哈弗氏骨等仿生支架已被用于修复复杂组织。因此，构建具有仿生结构和再生功能的支架是一种可行的肌腱到骨的复杂组织修复方法。
[0004]生物打印是构建仿生细胞组织最突出的方法之一，该种方式能够精确分布细胞、材料和生长因子。使用生物打印技术有望通过设计多个细胞的精确分布来重现腱
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骨界面的多细胞组成和分层结构。但是，如何同时调节仿生多细胞支架中的多细胞行为，使其具有复杂组织的再生功能，仍然是一个挑战。
[0005]考虑到肌腱
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骨界面的复杂性和漫长的康复期，引入长效、稳定和双重生物活性的生物因子是实现仿生多细胞支架功能的关键。硅酸盐生物陶瓷可以修复和重建受损组织的陶瓷材料，硅酸盐生物陶瓷可以释放多种离子，创造生物活性离子环境，诱导细胞活动或调节免疫微环境，促进组织的再生。此外，Mo是大多数生物体必需的微量元素，是人体内各种酶的重要组成部分，同时Mo也具有诱导干细胞分泌胶原纤维和保护线粒体的功能，这些功能可以诱导肌腱再生。因此，将Mo与硅酸盐生物陶瓷结合起来制备的Mo
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硅酸盐生物陶瓷材料可以作为刺激肌腱到骨的复杂组织修复的潜在生物因子，有望赋予生物仿生多细胞支架以再生功能。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术目的在于提供一种生物打印仿肌腱
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骨多细胞支架及其制备方法和应用。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种仿肌腱
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骨多细胞支架，包括：位于下部的骨层与位于上部的肌腱层；所述骨层的每一个单层均包含生物活性无机材料、有机水凝胶和成骨相关细胞，所述肌腱层的每一个单层均包含生物活性无机材料、有机水凝胶和成肌腱相关细胞；所述生物活性无机材料选择磷酸盐陶瓷、生物玻璃或者硅酸盐生物陶瓷；所述硅酸盐生物陶瓷为硅酸钙、硅酸锌或者含钼硅酸盐生物陶瓷中的至少一种。
[0008]较佳地，所述上部肌腱层与下部骨层的层数均为2～10，上部肌腱层与下部骨层的层数比为5：1～1：5；所述肌腱层单层与骨层单层的厚度均为0.1mm～0.5mm。
[0009]较佳地，所述有机水凝胶材料为海藻酸钠、壳聚糖、胶原纤维或者明胶中的至少一种，优选为甲基丙烯酰胺化明胶。
[0010]较佳地，所述成骨相关细胞包括：成骨细胞、骨髓间充质干细胞、骨祖细胞或者胚胎干细胞中的至少一种，优选为骨髓间充质干细胞；所述成肌腱相关细胞包括：肌腱成纤维细胞、成纤维细胞、腱细胞、肌腱干细胞或者脂肪干细胞中的至少一种，优选为肌腱干细胞。
[0011]第二方面，本专利技术提供了一种上述仿肌腱
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骨多细胞支架的制备方法，包括：将水凝胶、引发剂加入溶剂中得到水凝胶浆料，然后加入生物活性无机材料得到复合水凝胶墨水；向所述复合水凝胶墨水中分别独立加入成肌腱相关细胞悬液、成骨相关细胞悬液，得到含成肌腱相关细胞生物墨水与含成骨相关细胞生物墨水；将所述含成肌腱相关细胞生物墨水与含成骨相关细胞生物墨水分别装载在不同料筒中，采用双通道挤出式生物3D打印机利用含成骨相关细胞生物墨水打印支架下部骨层，然后利用含成肌腱相关细胞生物墨水打印支架上部肌腱层，得到支架素坯；将所述支架素坯经交联固化，得到所述仿肌腱
‑
骨多细胞支架。
[0012]较佳地，所述引发剂选自苯基
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2,4,6
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三甲基苯甲酰基膦酸锂蓝光引发剂(LAP)或者2
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羟基
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4'
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(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮紫外光引发剂I2959中的一种。
[0013]较佳地，所述含成肌腱相关细胞生物墨水与含成骨相关细胞生物墨水中：水凝胶的质量浓度均为5～10wt％；引发剂的质量浓度均为0.01～0.05wt％；生物活性无机材料的质量浓度均为0.1～10wt％；成肌腱相关细胞、成骨相关细胞的密度分别为(2～6)
×
106个/mL。
[0014]较佳地，所述双通道挤出式生物3D打印的工艺参数为：挤出压力20～70KPa，料筒温度15～22℃，沉积台温度0℃～10℃。
[0015]较佳地，所述交联固化的蓝光功率为10～50mW/cm2，交联时间为5～60s。
[0016]第三方面，本专利技术提供了一种所述仿肌腱
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骨多细胞支架在肌腱
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骨损伤修复材料中的应用。
[0017]有益效果本专利技术提供的仿生功能化多细胞支架中，水凝胶材料可以保护细胞在打印过程中免受剪切力的损伤，为细胞提供粘附位点以及结构支持，使其处于合适的三维培养环境状态；无机材料含钼硅酸盐生物陶瓷通过释放生物活性硅离子、钼离子等来促进成骨和成肌腱，增强肌腱
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骨界面的再生，该种多细胞支架可以用于肌腱
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骨复杂组织的修复，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0018]图1为实施例1中含钼硅酸钙生物陶瓷MS的XRD图；图2为实施例1中MS颗粒的SEM图；图3为实施例1中MS的EDS元素图谱；图4为实施例1中生物墨水横截面的SEM和EDS表征图；图5(A)为实施例1中制备得到的仿生多细胞支架GelMA
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Cells、GelMA
‑
Cells
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CS、
GelMA
‑
Cells
‑
MS的光学照片，图5(B)为第1天、第4天、第7天和第14天GelMA
‑
Cells
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MS内包裹的BMSCs和TSPCs的空间分布图，图5(C)为DAPI/F
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actin染色后第7天和第14天仿生多细胞支架中BMSCs和TSPCs的共聚焦激光扫描显微镜图像；图6(A)为仿生多细胞支架内TSPCs的成腱分化相关基因DCN、T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿肌腱
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骨多细胞支架，其特征在于，包括：位于下部的骨层与位于上部的肌腱层；所述骨层的每一个单层均包含生物活性无机材料、有机水凝胶和成骨相关细胞，所述肌腱层的每一个单层均包含生物活性无机材料、有机水凝胶和成肌腱相关细胞；所述生物活性无机材料选择磷酸盐陶瓷、生物玻璃或者硅酸盐生物陶瓷；所述硅酸盐生物陶瓷为硅酸钙、硅酸锌或者含钼硅酸盐生物陶瓷中的至少一种。2.根据权利要求1所述的仿肌腱
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骨多细胞支架，其特征在于，所述上部肌腱层与下部骨层的层数均为2～10，上部肌腱层与下部骨层的层数比为5：1～1：5；所述肌腱层单层与骨层单层的厚度均为0.1mm～0.5mm。3.根据权利要求1或2所述的仿肌腱
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骨多细胞支架，其特征在于，所述有机水凝胶材料为海藻酸钠、壳聚糖、胶原纤维或者明胶中的至少一种，优选为甲基丙烯酰胺化明胶。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的仿肌腱
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骨多细胞支架，其特征在于，所述成骨相关细胞包括：成骨细胞、骨髓间充质干细胞、骨祖细胞或者胚胎干细胞中的至少一种，优选为骨髓间充质干细胞；所述成肌腱相关细胞包括：肌腱成纤维细胞、成纤维细胞、腱细胞、肌腱干细胞或者脂肪干细胞中的至少一种，优选为肌腱干细胞。5.一种权利要求1
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4中任一项所述的仿肌腱
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骨多细胞支架的制备方法，其特征在于，包括：将水凝胶、引发剂加入溶剂中得到水凝胶浆料，然后加入生物活性无机材料得到复合水凝胶墨水；向所述复合水凝胶墨水中分别独立加入成肌腱相关细胞悬液、成骨相关细胞悬液，得到含成肌腱相关细胞生物墨水与含成骨相关细胞生物墨水；将所述含成肌腱相关细胞生物墨水与...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴成铁，杜琳，郇志广，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：