[發明專利]一種三維生物打印系統及基于三維生物打印系統制備神經再生植入體的方法

有效

• 申請號: 201310023603.9
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103057123A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 楊宇民;顧曉松;丁斐;李貴才
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及生物醫學工程和醫療技術領域，涉及神經再生植入體成型制備領域，特別涉及一種三維生物打印系統及基于三維生物打印系統制備神經再生植入體的方法。

背景技術

由各種交通事故、創傷或自然災害造成的人體外周神經組織損傷或缺損會導致神經功能障礙，傳統的修復方法是自體組織移植術，被認為是神經損傷修復的金標準，但是這種方法雖然可以取得滿意療效，但它是以犧牲自體健康組織為代價的辦法，并且供體器官來源極為有限，另外，因免疫排斥反應需長期使用免疫抑制劑，所以可能會導致很多并發癥及附加損傷。自80年代科學家首次提出“組織工程學”概念以后，組織工程技術已經為眾多的組織缺損、器官功能衰竭病人的治療帶來了曙光，組織工程中的三要素主要包括種子細胞、支架材料以及細胞生長的微環境，而其中支架材料是用于支撐細胞成長為一個完整的組織的框架材料，因此成為組織工程研究及其臨床應用的關鍵之一。用于神經再生的理想的組織工程支架材料應具有以下特點：良好的生物組織相容性，不引起機體的免疫排斥反應，無毒性；具有生物可降解性及降解可調節性，可塑性和一定的機械強度；有一定孔隙率，良好的表面活性，維持生長其上的細胞形態和表型；并能增進細胞的黏附和增殖，誘導組織再生。目前，組織工程生物支架材料主要分兩大類：天然生物材料(如脫細胞細胞外基質，多糖，絲素蛋白及膠原等)和人工合成的可降解材料(如聚羥基乙酸及其復合物、聚乳酸、聚乳酸和聚羥基乙酸共聚物等)。天然生物材料突出的優點在于：生物相容性好，與細胞外基質結構相似，利于細胞的黏附、增殖和分化，毒性小，易降解，降解產物被人體吸收后不產生炎癥，所以在組織工程中作為細胞培養的支架材料具有人工合成材料所不可比擬的優勢。鑒于上述原因，采用天然生物材料制備適用于人體神經再生的組織工程支架已經成為人們研究的熱點，但大多數文獻中報導的支架成型方法（如粒子致孔法、靜電紡絲法、凍干法等）往往存在著制備時間長，有機溶劑殘留以及力學性能差等問題，在一定程度上限制了其應用。

近年來，三維打印技術在制備組織工程用天然生物材料支架方面得到了快速發展和應用。三維打印技術最早是由美國麻省理工學院Emanual?Sachs等人1989年開發的，是一項基于噴射型的快速成型技術，它首先借助計算機輔助設計（CAD）技術制備所打印物體的STL電子文檔模型，然后依據“逐層打印，層層疊加”的原理來打印具有特殊外形或復雜內部結構的物體。其成型過程不受任何幾何形狀的限制，打印位置、打印次數和打印速度都可以隨意控制，不同的材料可以通過不同噴頭打印，打印的物質可以是溶液、懸浮液或乳液，因此，三維打印可以很容易控制局部材料組成、微觀結構以及表面特性。另外該技術具有操作方便、加工過程靈活、成型速度快、運行費用低且可靠性高的特點，現在已成為快速成型技術領域最有生命力的新技術之一。文獻Porous?Ti6Al4V?scaffold?directly?fabricating?by?rapid?prototyping（Jia?Ping?Li.Biomaterials?2006,?27?1223–1235）公開了將Ti6Al4V粉末溶解于有機溶劑中制備獲得Ti6Al4V膠狀物，然后將該膠狀物放入打印機“墨盒”中，按照三維打印機中的CAD模型，成功打印出了纖維狀的Ti6Al4V（容易干燥成型），并制備了具有多孔結構的矩形塊狀體，最后進一步對該多孔塊狀體進行燒結成型，并證實了該打印的多孔狀Ti6Al4V塊狀體具有促進骨細胞粘附和生長的功能，在組織工程領域具潛在應用價值。文獻3D?Fiber-Deposited?Electrospun?Integrated?Scaffolds?Enhance?Cartilage?Tissue?Formation（Lorenzo?Moroni.?Adv.?Funct.?Mater.?2008,?18,?53–60）公開了聯合應用三維打印技術和熔融靜電紡絲法則成功制備出了PEOT/PBT聚合物的多孔狀結構,該多孔狀聚合物結構同樣具有較好的促進細胞生長的作用。此外，文獻Incorporation?of?growth?factor?containing?Matrigel?promotes?vascularization?of?porous?PLGA?scaffolds（M.?W.?Laschke,?J?Biomed?Mater?Res?85A:397–407,?2008）報導了將熔融的PLGA用三維打印機打印成多孔網狀結構，并負載生長因子用于血管再生，發現負載生長因子的多孔PLGA網狀支架能較快的促進組織工程化血管的構建。