[发明专利]一种组织工程半月板支架及制备方法

说明书

本发明提供了一种组织工程半月板支架及制备方法，其中方法包括以下步骤：将聚己内酯材料置入熔融沉积成型三维打印机的喷头内加热至120‑140℃，并在600‑1000kPa的气压下准备打印；将熔融沉积成型三维打印机的打印速度设置为0.6‑0.75mm/s，纤维直径设置为300‑320μm，纤维间隔设置为200‑300μm，打印出组织工程半月板支架；使用钴60进行辐照灭菌处理。本发明通过熔融沉积成型的方法打印出具有合适孔隙结构、合适纤维直径、合适生物力学强度的组织工程半月板支架，有利于提高接种细胞和植入区域自体长入细胞的存活率、增殖率，并能增加成纤维软骨诱导分化率，使新生半月板组织具有良好的功能。

技术领域

本发明涉及生物材料与组织工程技术领域，更具体地说，涉及一种组织工程半月板支架及制备方法。

背景技术

半月板由纤维软骨组成，内外各一，位于膝关节的胫股关节间隙，是膝关节的重要组成部分。其具有吸收震荡、传递负荷、营养关节软骨及维持关节稳定等重要功能。半月板严重损伤或切除后，会加快膝关节骨性关节炎发展。尽管半月板切除术后短期疗效好、功能恢复快，但再生半月板不具有正常半月板的功能，远期将加重关节软骨退变。组织工程技术的进展为半月板修复和替代提供了一种新的治疗模式。组织工程半月板(TEM)构建需要种子细胞复合植入支架材料，在特定生长因子或应力刺激下完成。

TEM的支架材料包括人工合成和天然材料。人工合成材料包括聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、碳纤维、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、涤纶、特富龙、聚氨酯等。天然材料包括胶原、小肠粘膜下组织、脱钙骨、骨膜、软骨膜等。

理想的支架材料具有以下性能：1、良好的生物相容性和生物可降解性；2、足够的力学强度；3、高孔隙率；4、高表面积；5、表面利于细胞的黏附增殖和分化；6、易于消毒及植入；7、可加工成各种形状和结构，易于重复操作。人工合成材料来源广泛，可塑性强，具有良好的生物相容性和生物学活性，且能满足TEM的生物力学强度。其中，聚己内酯(PCL)因其良好的生物力学、生物活性及材料加工特性已被广泛应用于组织工程构建软骨、骨等方面。天然材料有良好的生物相容性，且含有生物活性成分，能够促进细胞增殖和基质分泌，但大多数在生物学强度及孔隙率和形态上难以满足完整TEM构建的要求。

由于半月板组织结构的异构性，人工构建的半月板支架需要其微观结构能够仿造正常半月板结构，显然传统制造工艺(盐析、冻干、电纺丝等)不能满足此要求。熔融沉积成型技术(FDM)是3D打印技术的一种，是将热熔性材料加热熔化，通过喷头挤喷出来，随即与前一个层面熔结在一起，逐层沉积直至形成三维支架。其具有良好的成型、控制支架的孔径及孔隙率等特性，促进种子细胞发挥良好的生物学性能的同时兼顾生物力学的特性，适用于组织工程半月板的构建。目前，尽管文献报道有将FDM打印组织工程骨修复方面的应用，但半月板特殊的结构和尺寸特点决定了其生物力学功能与其他部位不同，例如骨修复支架要求具有较强的抗压能力，而半月板支架要求具有更大的抗拉伸强度和弹性模量。现有FDM打印的组织工程支架形态往往不能满足半月板支架的性能要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有FDM打印组织工程支架的方法不能满足半月板支架性能要求的问题，提供一种基于FDM的组织工程半月板支架及制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种组织工程半月板支架的制备方法，包括以下步骤：

S1、将聚己内酯材料置入熔融沉积成型三维打印机的喷头内加热至120-140℃，并在600-1000kPa的气压下准备打印；

S2、将熔融沉积成型三维打印机的打印速度设置为0.6-0.75mm/s，纤维直径设置为300-320μm，纤维间隔设置为200-300μm，打印出组织工程半月板支架；

S3、使用钴60对所述组织工程半月板支架进行辐照灭菌处理。