[發明專利]光固化3D打印哈弗氏系統人工骨支架的配方及其制備方法

在審

• 申請號: 201910446521.2
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110038158A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 裴國獻;宋岳;畢龍;林楷豐;程朋真;李俊琴;吳昊;高祎;雷星;張帥帥
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第四軍醫大學
• 主分類號: A61L27/12
• 分類號: A61L27/12;A61L27/14;A61L27/24;A61L27/38;A61L27/50;A61L27/56;A61L27/58;B33Y50/00;B33Y70/00;B33Y80/00
• 代理公司: 西安尚睿致誠知識產權代理事務所(普通合伙) 61232
• 代理人: 何凱英

本發明公開了光固化3D打印哈弗氏系統人工骨支架的配方及其制備方法，它是由下列原料制成：膠原(醫用級)2％?5％、生理鹽水5％?10％、納米羥基磷灰石(醫用級)43～61.5％、光敏樹脂(醫用級)20～40％，光引發劑0.5～1％，分散劑1～3％、所述各組分的重量百分比之和為100％。該光固化3D打印哈弗氏系統人工骨支架的制備方法，受天然骨微結構的啟發，運用仿生的方法設計人工骨內部孔隙結構，旨在促進人工骨植入體內的血管化形成，從而促進骨修復進程，3D打印方法的應用實現了患者骨缺損部位的個體化定制，在人工骨的外形、內部結構以及降解速率方面都能夠精確控制，真正實現人工骨支架的定制化、血管化、智能化，為人工骨支架設計研發提供了新思路。

技術領域

本發明涉及醫藥技術領域，尤其涉及光固化3D打印哈弗氏系統人工骨支架的配方及其制備方法。

背景技術

在骨科領域，大段骨缺損再生是一個至今難解決的臨床問題，其中，血管形成在骨再生過程中發揮著重要作用，大量的基礎實驗證明，微孔道結構可以誘導內皮細胞促進植入支架的血管化。傳統的三維支架具有低孔隙度和低連通率的缺點，阻礙了血管的生成和支架內部成骨。近幾年，3D打印組織工程支架在骨組織工程方面發展迅速，3D打印的優點就在于能夠精確制備出特定形狀和內部結構(孔徑和孔隙率)的組織工程支架。然而，植入支架的血管化仍然是一個嚴峻挑戰，負載有大量細胞的支架在植入體內后，往往由于缺乏可灌注的血管網絡，支架內部細胞會因為缺氧和營養物質而死亡，因此，置入體內的組織工程支架能否實現血管化是實現組織再生的重要因素。

經過自然進化的數百萬年，生物經過自然選擇出現了復雜的內部結構，這其中的許多結構啟發了許多材料和結構的仿生合成，科學家們通過模擬生物微觀到宏觀的特定層次結構和合成過程來制備仿生材料。骨哈弗氏系統(Haversian system)或稱骨單位(osteon)，是皮質骨的基本組成單位，位于內、外環骨板之間，其形狀為圓柱狀結構，直徑約為200微米，由呈同心圓環繞的骨板構成。骨細胞是由存在于骨板間的骨母細胞分化而來，當新生骨組織鈣化后，骨細胞包裹在骨陷窩內，通過骨小管與周圍細胞連接，骨單位中央有一管道為中央管，內有毛細血管、靜脈、神經、組織液，負責骨組織的血液供應和神經支配，縱行的中央管與橫行的連通管(Volkmann管)交織成網絡，運輸營養物質，運出代謝廢物，促進骨細胞增殖和物質交換。受骨哈弗氏系統的啟發，創新性設計出仿生骨單位結構的人工骨支架，人血管細胞和骨髓基質干細胞在仿生支架上能夠實現共培養，在生物反應器培養的過程中，內皮細胞爬入并黏附于仿生中央管，加上內皮細胞周圍的膠原作為血管周圍基質，從而實現人工骨支架的血管化，而內部充滿膠原的仿生骨髓腔和骨板間空隙為骨髓基質干細胞模擬了成骨微環境，有利于向成骨方向分化，進而促進骨組織的再生，而且，光固化3D打印能夠精確控制支架的形狀、體積，只要獲得患者骨缺損的CT數據，就能夠1:1精確打印出缺損骨，實現骨缺損患者的個體化治療，還可以控制支架的內部孔徑和孔隙率，間接的控制支架的降解速度，實現降解速率的智能化控制。鑒于以上缺陷，實有必要設計光固化3D打印哈弗氏系統人工骨支架的配方及其制備方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：提供光固化3D打印哈弗氏系統人工骨支架的配方及其制備方法，來解決目前傳統組織工程支架制備方法難以控制孔徑和互連程度，制備形狀局限，有溶劑殘留等缺點。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：光固化3D打印哈弗氏系統人工骨支架的配方，其特征在于它是由下列原料制成：膠原(醫用級)2％-5％、生理鹽水5％-10％、納米羥基磷灰石(醫用級)43～61.5％、光敏樹脂(醫用級)20～40％，光引發劑0.5～1％，分散劑1～3％。

進一步，所述的光固化3D打印哈弗氏系統人工骨支架的制備方法，其特征在于：按以下步驟進行：