[發明專利]一種基于復層細胞網格的組織工程骨及其制備方法

有效

• 申請號: 202010067102.0
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111249528B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 俞夢飛;王慧明;尹俊;葉鑫;游東奇;王少龍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61L27/38
• 分類號: A61L27/38;A61L27/52;A61L27/50;A61L27/54;A61L27/16;B33Y10/00;B33Y70/00;B33Y80/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種基于復層細胞網格的組織工程骨及其制備方法，所述的組織工程骨為具有三維毛細血管網的間充質干細胞支架，該支架是由聚離子化合物PIC材料經三維打印而成的三維網格，在三維網格間層層交替填充有包裹間充質干細胞并摻入基質膠的甲基丙烯酸酯明膠和包裹血管內皮細胞并摻入基質膠的甲基丙烯酸酯明膠。本發明在誘導間充質干細胞形成生物骨組織的同時，可促進其內毛細血管網的形成，最終于體外形成具有三維毛細血管網的生物骨組織支架。該支架材料具有優異的韌性和回彈性，植入體內后，使材料保持張力狀態下固定于骨缺損處，從而在使用植入物修復缺損的同時達到牽張自體骨成骨的效果，提高骨缺損修復效果。

技術領域

本發明涉及一種組織工程骨及其制備方法，具體涉及一種通過三維打印技術獲得復層細胞網格構成的組織工程骨及其制備方法，屬于組織工程領域。

背景技術

由于先天畸形、外傷、腫瘤等造成的骨組織缺損和缺失是臨床常見的疾病，因此對骨組織缺損的功能性重建修復一直是再生醫學的重要課題。傳統的治療方法常采用自體或異體骨移植，但往往因供源有限或免疫排斥反應等而限制了其臨床應用。組織工程技術是目前人工骨替代材料中應用最為廣泛的一種。通過制備含有細胞的水凝膠支架是目前一個有效的方法。水凝膠由于其良好的生物相容性等特性而被用于制作細胞支架來修復骨缺損，但是傳統的水凝膠由于其機械性能差、吸水膨脹、易降解等特點而限制了其使用，因此尋找一種新型的機械性能良好、不易降解、生物相容性好的水凝膠材料來構建修復骨缺損的生物細胞支架具有重要意義。

聚離子化合物(PIC)作為一種新型材料，具有其獨特的優勢，其通過聚合反應形成牢固的離子鍵從而獲得優異的機械強度，而且可以在水下通過三維打印技術擠壓成型。通過三維打印技術獲得理想形態的支架，在支架網格上分層培養多種細胞后形成細胞支架，由于新型材料對細胞毒性低，因此在保證機械強度的同時細胞能夠很好的在三維環境中鋪展、生長、分化。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于復層細胞網格的組織工程骨及其制備方法，該方法可通過三維打印技術得到有良好機械性能的組織工程骨。

上述目的通過以下的技術方案來實現：

一種基于復層細胞網格的組織工程骨，為具有三維毛細血管網的間充質干細胞支架，所述的支架為由聚離子化合物PIC材料經三維打印而成的三維網格，在三維網格間層層交替填充有兩種含細胞的載體水凝膠，其中一種為混有間充質干細胞的載體水凝膠，另一種為混有血管內皮細胞的載體水凝膠；所述的載體水凝膠為體積分數為1％～50％的Matrigel和取代度為1～10M、質量體積分數為2.5％～10％的GelMA這兩種水凝膠以體積比為1:1～1:10比例混合而成的新型復合水凝膠。這種新型復合水凝膠能夠模擬細胞在體內生長的細胞外基質環境，有利于細胞的增殖、黏附和鋪展，能夠最大程度的為細胞生長提供一個仿生的外環境。

上述組織工程骨的制備方法，包括如下：

1)采用擠壓式三維打印技術，打印聚離子化合物PIC材料獲得三維網格支架，在其部分注入混有間充質干細胞的載體水凝膠，并在支架結構的另一部分注入混有血管內皮細胞的載體水凝膠，構建出骨缺損修復所需的高強度生物支架；

2)對步驟1)所構建的包含血管內皮細胞的三維間充質干細胞支架進行成骨及成血管相關細胞因子誘導，于體外構建具有三維毛細血管網狀結構的組織工程骨。

步驟1)所述的支架制作過程主要為：在無菌條件下利用三維打印系統將聚離子化合物(PIC)打印材料通過擠壓成型形成纖維網格，如：纖維直徑為180nm-300nm，纖維間的間隔為200-500nm。

所述打印材料由PIC和NaCl溶液構成，PIC中PNaSS/PMPTC電荷比為0.95:1～1.2:1，優選1.1：1；打印材料中PIC質量與NaCl溶液體積之比(w_PIC/V_NaCl)為1/10～1/20g/L，優選1/15g/L；