[發(fā)明專利]一種基于3D打印的具有血管化潛能的脊髓補片及其制備方法

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• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN111166939A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設計）人: 曾園山;李戈;丁英
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學
• 主分類號: A61L27/38
• 分類號: A61L27/38;A61L27/22;A61L27/50;A61L27/54;B33Y70/10;B33Y80/00
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本發(fā)明提供了用于中樞神經(jīng)損傷修復的血管化潛能的脊髓補片，利用3D打印技術(shù)，制備含有骨髓間充質(zhì)細胞來源的血管內(nèi)皮樣細胞及營養(yǎng)因子的間隔直行條索狀補片。這種補片細胞及因子條索分布均勻，且條索間有間隔，有助于營養(yǎng)物質(zhì)的交換及因子釋放。本發(fā)明的細胞條索有助于脊髓損傷后在血管化，直行的富含營養(yǎng)因子及細胞的突出軌道，有利于引導受損傷脊髓再生神經(jīng)纖維于凹陷處有序線性再生。

所屬技術(shù)領域

本發(fā)明專利涉及一種用于修復脊髓損傷的3D打印補片材料，尤其是移植它后能夠促進脊髓損傷處的血管化和引導再生神經(jīng)纖維有序線性生長的補片材料。

背景技術(shù)

脊髓損傷是一種嚴重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷疾病，損傷區(qū)神經(jīng)束的斷裂、組織的壞死及惡劣的微環(huán)境，都給損傷后的修復帶來了困難。組織工程領域的發(fā)展在軟骨、皮膚、膀胱等領域取了一定的進展，也為仿生的脊髓組織移植填補缺損的脊髓組織帶來了曙光。其中血管化是組織工程研究的熱點和難點之一。脊髓組織內(nèi)有豐富而復雜的血管網(wǎng)絡，起到氧氣及營養(yǎng)物質(zhì)交換的作用。直接在脊髓損傷區(qū)內(nèi)移植組織細胞，等待宿主血管自行長入損傷/移植區(qū)域，往往需要數(shù)天的時間。這樣的血管自行長入滯后行為，不利于損傷/移植區(qū)的神經(jīng)纖維再生，因此，應用組織工程技術(shù)在體外預構(gòu)建血管化潛能的脊髓補片，這將是脊髓損傷修復后血管化的有效策略之一。

3D打印技術(shù)是一種計算機輔助設計的固體分層制造快速成型技術(shù)。大體分為：熔融沉淀制造，力學性能好，高溫限制活細胞的結(jié)合；光固化，力學性能差；選擇性激光燒結(jié)/熔融，高強度；噴墨打印機三維打印等，其發(fā)展，為制備各種仿生生物材料帶來了便捷。其中3D打印的墨水至關(guān)重要。明膠甲基丙烯酰基(Methacrylate Gelatin，GelMA)水凝膠是一種具有可調(diào)節(jié)特性的可見光交聯(lián)生物材料，GelMA水凝膠有接近膠原的生物兼容性，已廣泛應用于脊髓損傷修復領域。利用GelMA水凝膠利用3D打印技術(shù)仿生脊髓白質(zhì)區(qū)域多通道的結(jié)構(gòu)，為引導神經(jīng)纖維的再生帶來了可能。骨髓間充質(zhì)干細胞(bone mesenchymal stemcells,BMSC)，是一類起源于中胚層的成體干細胞，具有自我更新及多向分化潛能，其中可以分化成內(nèi)皮樣細胞。間充質(zhì)干細胞的臨床研究已經(jīng)在許多國家開展，美國批準了60余項臨床試驗，我國也有多項臨床研究備案項目，是目前最具臨床應用前景的成體干細胞之一。

目前在國內(nèi)、外，一種基于3D打印的具有生物活性并能血管化的脊髓補片仍未見報道。我們設想構(gòu)建一種血管化潛能且能促進神經(jīng)纖維再生的材料。擬將這種具有血管化潛能且能促進神經(jīng)纖維再生的的補片移植到脊髓損傷處，在促進神經(jīng)纖維再生的同時，促使神經(jīng)纖維再生處血管化，改善其中的微環(huán)境，促進受損傷脊髓的修復。本發(fā)明的目的是想克服現(xiàn)有臨床上治療脊髓損傷的技術(shù)和方法上的不足，應用我們構(gòu)建的具有血管化潛能的脊髓補片為神經(jīng)再生修復脊髓損傷提供新思路和新方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有的生物活性支架移植治療脊髓損傷的方案不足，本發(fā)明專利提供一種3D打印的具有血管化潛能的脊髓補片，該補片不僅能夠促進脊髓損傷后血管化，而且能夠通過支架的物理結(jié)構(gòu)引導受損傷脊髓再生神經(jīng)纖維于凹陷處有序線性生長。

本發(fā)明專利解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

利用GelMA水凝膠作為3D打印墨水，混合血管內(nèi)皮細胞生長因子(vascularendothelial growth factor,VEGF)、堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblastgrowth factor,bFGF)及骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)，利用擠壓式3D打印機擠壓生物墨水，制備出具有間隔凸起的脊髓補片。移植后，補片上的VEGF和bFGF緩慢釋放到凹陷的通道處，作用于其中的BMSCs，誘導其形成血管內(nèi)皮細胞。補片中凹陷形成的通道可引導再生的神經(jīng)纖維線性生長，達到修復脊髓損傷的目的。

本發(fā)明專利的有益效果是：