[發明專利]基于3D?Bioplotter打印技術的骨修復多孔復合支架及其制備方法

有效

• 申請號: 201510537311.6
• 申請日: 2015-08-27
• 公開（公告）號: CN105031718B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 魏坤;胡露
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: A61L27/02
• 分類號: A61L27/02;A61L27/18;A61L27/54;A61L27/56
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及生物醫學工程和生物醫用材料技術領域，具體涉及一種基于3D-Bioplotter打印技術的骨修復多孔復合支架及其制備方法。

背景技術

骨骼是人體的重要器官，擔負著支撐、運動、保護、造血、儲存礦物質和代謝等功能。臨床上由于外傷、感染、腫瘤和先天性發育不良等造成的大面積骨缺損以及骨質疏松，超過了骨的自我修復能力，需要進行骨修復治療。傳統的骨缺損治療方法主要包括自體骨移植和異體骨移植，自體骨移植由于來源十分有限，且產生二次手術，給患者帶來更多痛苦；異體骨移植又存在著免疫排斥反應和攜帶病毒及細菌的風險，因此應用受到限制。如何找到更好的骨缺損修復材料已經成為全世界眾多科學家共同追求的目標。

目前，對于骨組織工程材料的研究，主要在無機材料和高分子材料方面，雖然許多研究成果已達到一定的骨修復效果，但總體上還未達到理想骨組織工程支架材料的要求。如無機材料存在降解速度慢、力學性能較差等問題；天然高分子材料則存在不能大規模生產、機械強度不夠等問題；人工合成高分子材料的親水性、機械強度和有機溶劑殘留物引起細胞中毒等是該類材料迫切需要解決的問題。PLGA是最早經過美國食品藥品局(FDA)認證可用于人體的生物材料之一，其生物相容性好，降解速率可通過調節LA和GA的比例來調控，且降解產物均無毒，可通過體內代謝排除，是骨組織工程中良好的支架材料，但也存在一些缺點，如親水性較差、機械強度不足，降解后產生的酸性物質會降低聚合物周圍的pH值，對細胞生長不利。因此，若能選擇一種具有生物活性，可緩解pH值下降，能增強支架機械強度的無機材料與PLGA復合，使兩種材料之間互相取長補短, 并以合適的工藝方法制備出理想結構的骨組織工程復合支架，具有極其重要的意義。

組織工程中，不僅要考慮材料的物理化學性質、表面性能等，組織工程支架作為組織再生的框架，其結構特性在組織工程中也起著關鍵性的作用。一般來講，理想的骨組織工程支架材料應該具備以下性能：（1）良好的生物相容性，即無明顯的細胞毒性、炎癥反應和免疫排斥反應，能安全用于人體；（2）合適的可生物降解吸收性，即與細胞、組織生長速率相適應的降解吸收速率；（3）合適的孔尺寸（200-400μm）、高的孔隙率(90%以上)和三維多孔結構，以利于大量細胞的增殖、組織的生長、細胞外基質的形成、氧氣和營養的傳輸、代謝物的排泄以及血管和神經的內生長；（4）特定的三維外形以獲得所需的組織或器官形狀；（5）高的比表面積和合適的表面理化性能以利于細胞粘附、增殖和分化，以及負載生長因子等生物信號分子；（6）良好的可塑形性與植入部位組織的力學性能相匹配的機械強度，以在體內生物力學微環境中保持結構穩定性和完整性，并為植入細胞提高合適的微應力環境；（7）來源不受限制，易消毒、運輸方便。

骨組織工程的制備方法主要有相分離法、氣體發泡法、粒子瀝濾法、顆粒燒結法、模板法、靜電紡絲技術等。而上述方法一般只能制備孔徑小于200μm的支架，且有孔隙率小、支架的幾何形狀不易控制，孔隙之間的連通率不佳等缺點。如相分離法制備的支架孔徑偏小；氣體發泡法無法精確控制孔隙率、支架形狀，且無法做出較大孔徑；粒子瀝濾法的致孔劑含量又會嚴重的影響支架的機械強度，且致孔劑的殘留會導致細胞毒性；靜電紡絲技術制備的支架力學性能較低等。快速成型技術可以根據不同病人的要求和材料的特點，精確控制支架的幾何外形、孔徑、孔隙率及孔的分布，制定個性化的治療方案。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于3D-Bioplotter打印技術的骨修復多孔復合支架及其制備方法。

本發明將3D-Bioplotter打印技術與微球技術結合起來，制得一種新型復合多孔骨組織工程支架。該支架不僅制備工藝簡便快捷，且具有可控的外形和多級孔結構，有利于營養物質與氧的運輸，促進細胞的黏附、增殖和分化，可長效誘導骨組織的形成；同時還具有良好的載藥釋藥性能。

本發明目的通過如下技術方案實現：

一種基于3D-Bioplotter打印技術的骨修復多孔復合支架，所述骨修復多孔復合支架由具有三維大孔結構的基體和載藥微球復合而成；所述的三維大孔結構基體由3D-Bioplotter儀器制備；載藥微球由乳化法制備；復合支架由37~65℃低溫燒結法制備而成。