一种用于骨缺损修复的制造技术

本发明专利技术提供了一种用于骨缺损修复的

【技术实现步骤摘要】
一种用于骨缺损修复的3D打印生物墨水、功能支架及其制备方法


[0001]本专利技术涉及生物医学工程
，具体涉及一种用于骨缺损修复的
3D
打印生物墨水
、
功能支架及其制备方法
。

技术介绍

[0002]外伤
、
肿瘤
、
炎症和感染引起的骨缺损发生率高，危害大，其修复和重建仍是骨科领域亟待解决的问题和研究热点
。
自体骨移植是治疗骨缺损的“金标准”，但其临床应用受到供体来源的限制，并且存在额外手术取骨导致的感染和骨折等并发症的风险；而异体骨有诱发免疫反应的风险；人工骨填充材料普遍缺乏成骨诱导特性
。3D
生物打印功能支架可以克服这些限制，并提供个性化的好处，以满足骨缺损的解剖重塑和功能修复的需要
。
[0003]然而，开发具有持久成骨诱导活性和快速血管化能力的生物墨水是
3D
生物打印支架进入临床转化的主要挑战
。
使用单一的重组生长因子显然不能满足骨缺损修复和重建的需要，而且这些重组生长因子价格昂贵，理化性质不稳定，容易诱发异位骨化和肿瘤等并发症，进一步限制了其临床应用
。
可注射型富血小板纤维蛋白
(iPRF)
是继富血小板的血浆
(PRP)
之后的第二代血小板浓缩产物
。iPRF
由患者全血离心制备，经激活后可释放多种生长因子，如转化生长因子
‑
β
(TGF
>‑
β
)、
血管内皮生长因子
(VEGF)
和血小板衍生生长因子
(PDGF)
，在促进血管生成
、
干细胞成骨分化和调节免疫微环境方面发挥重要作用
。
此外，它们的比例与体内的生理比例相似，可以更好地协同促进个性化的组织修复
。
以往的临床试验报告显示，
PRF
可以明显促进软组织修复，但
PRF
对骨缺损修复的作用尚不清楚
。
[0004]在正常的骨折愈合过程中，促进血管生成的
VEGF
在损伤开始时直接释放，并在第
10
天左右达到峰值，而促进成骨的骨形态发生蛋白
‑
2(BMP
‑
2)
的表达持续增加，直到第
21
天左右
。
这表明需要一个能够持续缓慢释放活性因子的加载系统
。iPRF
比
PRP
有更丰富的纤维蛋白网络，可以起到缓慢释放生长因子的作用，但这种有限的缓慢释放效果不能满足骨再生的需求
。
另一方面，除了生长因子的持续诱导外，干细胞的机械微环境也被认为是骨再生过程中的关键调节因素
。
简单地说，干细胞的成骨分化需要一个刚性的基质，而纯
PRF
凝胶的机械刚性显然太低
。
基于此，构建具有增强机械强度和缓释能力的
iPRF
基水凝胶生物墨水是一个很有前景的策略
。
医用明胶
(Gel)
和医用海藻酸钠
(SA)
的混合搭配，因具备良好的生物相容性和可打印性而被广泛用于再生医学
。Gel/SA(GS)
水凝胶墨水交联固化后可形成互通的
、
均匀的孔状结构，含有一定浓度
iPRF
的
iPRF
‑
GS
复合水凝胶在含钙离子的凝血酶交联剂作用下可进一步形成稳定的多网络结构
。iPRF
‑
GS
水凝胶的机械强度及持续缓释生长因子的能力得到了大幅增强
。
[0005]种子细胞的选择是骨组织工程及
3D
生物打印研究中最基础的同时也是最为关键的环节
。
骨髓来源的骨髓间充质干细胞
(BMSC)
及脂肪来源的脂肪源性干细胞
(ADSC)
是使用最为广泛的两种种子细胞，这两类干细胞均具备多项分化潜能，在不同的诱导条件下可分化为成骨细胞
、
软骨细胞
、
骨骼肌细胞等
。
然而其中
BMSC
来源有限，需要经骨髓穿刺从患者
自体获取，易造成患者痛苦，此外我们在之前的骨髓穿刺及干细胞富集试验中发现
BMSC
在骨髓中的含量极少，为满足临床应用所需的浓度则需经体外扩增，然而反复的扩增过程则无法确保其干细胞特性能否一直保持
。
相比之下，选取
ADSC
作为种子细胞则临床转化潜力巨大
。
脂肪组织多位于皮下，可通过微创穿刺获取，原代培养所需脂肪组织量较少
。ADSC
可控性高
、
潜在致瘤风险低
、
来源广泛，提取制备方式简单且创伤小
、
伦理争议小，用于构建骨修复生物墨水潜力巨大
。
[0006]聚己内酯
(PCL)
及羟基磷灰石
(HA)
作为生物打印骨修复支架常用的主体支架材料，具有良好的生物相容性及骨整合作用，并且均可降解吸收，而二者的复合材料则具有更强的机械性能及优良的骨诱导性能
。
[0007]基于以上分析，本专利技术将
iPRF、
明胶
、
海藻酸纳及
ADSC
按合适比例组配构建一种新型的骨修复生物墨水，并与
PCL/HA
材料通过双通道喷头逐层打印构建骨缺损修复功能支架
。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种用于骨缺损修复的
3D
打印生物墨水
、
功能支架及其制备方法
。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]本专利技术的第一方面是提供一种用于骨缺损修复的
3D
打印生物墨水，其包括可注射型富血小板纤维蛋白
(iPRF)、
脂肪源性干细胞
(ADSC)、
明胶和海藻酸钠
。
[0011]进一步地，上述
3D
打印生物墨水包括如下浓度的组分：2～8％
(w/v)
医用明胶
、0.05
～2％
(w/v)
医用海藻酸钠
、2
～
15
％
(v/v)iPRF
溶液和
0.5
～
2.0
×
107/ml
脂肪源性干细胞，优选包括如下浓度的组分：5％
(w/v)
医用明胶
、1
％
(w/v)
医用海藻酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于骨缺损修复的
3D
打印生物墨水，其特征在于，包括
iPRF、ADSC、
明胶和海藻酸钠
。2.
根据权利要求1所述的
3D
打印生物墨水，其特征在于，包括如下浓度的组分：2～8％
(w/v)
医用明胶
、0.05
～2％
(w/v)
医用海藻酸钠
、2
～
15
％
(v/v)iPRF
溶液和
0.5
～
2.0
×
107/ml
脂肪源性干细胞，优选包括如下浓度的组分：5％
(w/v)
医用明胶
、1
％
(w/v)
医用海藻酸钠
、10
％
(v/v)iPRF
溶液和
1.5
×
107/ml
脂肪源性干细胞
。3.
根据权利要求2所述的
3D
打印生物墨水，其特征在于，所述
iPRF
溶液为来自自体
、
同种异体或异种异体的血液提取物；优选来自自体的血液提取物
。4.
根据权利要求2所述的
3D
打印生物墨水，其特征在于，所述
iPRF
溶液的制备方法为：取新鲜静脉血
10
～
30ml
，离心，吸取上层浅黄色液体即为
iPRF
溶液；优选地，取新鲜静脉血
10
～
30ml
，加入枸橼酸钠溶液，离心，吸取上层浅黄色液体即为
iPRF
溶液；更优选地，取新鲜静脉血
10
～
30ml
，加入浓度为
2.5
％的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹博军，邹佳宏，康庆林，
申请(专利权)人：上海市第六人民医院，
类型：发明
国别省市：