[发明专利]基于聚己内酯静电纺丝3D打印软骨补片支架构建方法及装置

说明书

本发明公开了基于聚己内酯静电纺丝3D打印软骨补片支架构建方法及装置，包括以下步骤：(1)根据个体特征对支架特性参数设计支架的个体化3D模型；(2)利用静电纺丝3D打印技术，以聚己内酯作为原料，根据个体化3D模型打印软骨补片支架；(3)诱导软骨细胞种植到软骨补片支架上，软骨细胞在支架扩增，并分泌细胞外基质，形成软骨细胞‑胞外基质‑支架复合体。本发明以聚己内酯为原料，采用静电纺丝和3D打印结合的技术手段制备支架进而构建软骨补片，制备的软骨补片应用范围更广、生物力学性能优越。

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及基于聚己内酯静电纺丝3D打印软骨补片支架构建方法及装置。

背景技术

软骨组织中细胞含量少，无血管、神经组织分布，主要依赖胞外基质的渗透作用提供营养物质，因此急、慢性损伤或退行性疾病引起的关节软骨组织损伤很难再生；另外，在临床上对于长段气管的修复，无法进行直接吻合，也需要借助气管软骨替代物进行修复。目前临床上对于关节软骨的修复主要包括：微骨折手术、骨软骨移植术和骨膜移植术等，对于气管软骨修复主要包括：自体组织、异体气管移植等，但这些治疗方法往往存在供源不足、疾病传播和免疫排斥等问题。

近些年组织工程技术的发展为解决这一难题提供了新的思路。以软骨细胞为种子细胞再生出成熟的软骨样组织是软骨组织工程领域常用的方法。但是，单纯以软骨细胞及其胞外基质构建的完整组织工程软骨往往不具备良好的生物力学性能，因此为获得满意的细胞附着功能和最佳的生物力学性能，需要借助人工设计合成的支架。这类支架材料首先应具有组织相容性、机械稳定性以及多孔隙结构。同时，还应有利于胞黏附、迁移、生长、分化，从而益于新生骨软骨形成。

聚己内酯(PCL)材料作为一种具有良好生物相容性且在体内不易降解的人工合成材料在这一领域拥有良好的治疗前景，目前已经有相关材料应用在临床骨科创伤修复领域。然而目前大多数支架制作方法使用预先制作的模具构建支架，因此无法对支架内部结构进行设计调整，也很难在支架的面积、厚度等参数上进行个体化的修改。

静电纺丝技术是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下形成喷射流进行纺丝加工的工艺。近年来，其作为一种可制备超精细纤维的新型加工方法，引起了人们的广泛关注。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题，提出基于聚己内酯静电纺丝3D打印软骨补片支架构建方法及装置。

本发明以聚己内酯为原料，采用静电纺丝和3D打印结合的技术手段制备支架进而构建软骨补片，可以根据个体特征对支架的面积、厚度等参数进行个体化设计，获得的软骨补片应用范围更广、生物力学性能优越。

为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明的第一方面是提供基于聚己内酯静电纺丝3D打印软骨补片支架构建方法，包括以下步骤：

(1)根据个体特征对支架特性参数设计支架的个体化3D模型；

(2)利用静电纺丝3D打印技术，以聚己内酯作为原料，根据所述个体化3D模型打印软骨补片支架；

(3)软骨细胞提取和增殖后，诱导软骨细胞种植到软骨补片支架，在特定的环境下进行培养，软骨细胞在支架扩增，并分泌细胞外基质，形成软骨细胞-胞外基质-支架复合体

优选地，所述补片还包括以下应用步骤：

(4)将复合体移植到皮下进行血管化，使其具有更加完善的生物学性能；

(5)将血管化后的软骨细胞-胞外基质-支架复合物进行原位移植。

优选地，步骤(1)中所述特性参数包括面积和厚度。

优选地，步骤(2)所述软骨补片支架采用镂空结构，所述镂空的形状选自三角形、圆形或长方形任意一种。