[发明专利]一种3D打印可降解高分子支架与光交联水凝胶的复合支架

说明书

本发明涉及一种3D打印的可降解高分子支架与光交联水凝胶的复合支架，包括3D打印的可降解高分子支架，所述3D打印的可降解高分子支架内部包括交联的高取代度和低取代度的光交联水凝胶，优选聚己内酯(PCL)支架和不同取代度的甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)进行交联复合。复合支架中，3D打印的可降解高分子支架具有良好的力学性能；高取代度的光交联水凝胶交联程度高，能够形成纤维网络和微孔，对细胞起到良好支撑；低取代度的光交联水凝胶活性位点多，利于细胞粘附生长，并能够吸附大量营养液。通过三者配合，使得复合支架内层到外层，都适合细胞生长、血管化，用于医疗上的人体修复时，实现支架一体化促进新组织再生。

技术领域

本发明涉及组织工程支架领域，具体涉及一种3D打印的可降解高分子支架与不同取代度和交联程度的光交联水凝胶的复合支架。

背景技术

组织工程支架材料是指能与组织活体细胞结合并能植入生物体的材料。这种支架材料要有利于作为细胞的载体、促进细胞繁殖和分化。另外，这种材料需要具备一定的力学强度，支架降解后为无害的代谢物。

组织工程支架材料分为天然支架材料和人工合成支架材料。天然支架材料包括胶原、明胶、纤维蛋白、壳聚糖、海藻酸盐、透明质酸等，特点是降解速度较快、生物活性位点、适合细胞生长；人工合成支架材料包括聚己内酯、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乙二醇等，特点是力学性能好，降解速度较慢，生物活性位点较少。例如，聚己内酯(Polycaprolactone，PCL)是一种人工合成的高分子材料，具有良好的生物相容性、可降解性、韧性和强度，适合作为组织工程支架材料，但是其本身不具有生物活性，表面光滑，疏水性强，不适宜细胞的粘附和生长。明胶是一种天然的生物大分子材料，是胶原部分降解的产物，具有良好的可降解性、生物相容性和生物活性，有利于细胞的粘附，并且降解产物可以促进细胞的生长；但其力学性能差，容易受细菌侵蚀、不耐水。

制备天然支架材料和人工合成支架材料的复合支架，综合两者的性质，就可以得到性能优异的支架。现有技术也进行了大量的尝试，如CN102242463B公开了一种静电纺制备明胶/聚己内酯复合纳米纤维膜，将明胶/聚己内酯混合溶液制成纺丝液，采用静电纺得到明胶/聚己内酯复合纳米纤维素膜，既具有良好的性能，也有利于细胞的生长。但这类方法得到的支架材料孔径单一，而且聚己内酯和明胶完全混合，会降低聚己内酯的力学性能并阻碍明胶对细胞生长的促进作用。

3D打印技术是快速成型技术的一种，现已广泛用于各类支架的打印，能够精确打印出所需要的支架孔径和纤维直径。3D打印用于PCL支架已有文献报道，如CN110327495A公开了3D打印PCL基材制备组织工程耳廓形态复合支架，并应用该支架体外构建精确人耳形态软骨。但上述文献仅利用了单一的可降解高分子支架材料，不利于细胞的粘附生长。

采用光交联基团对天然高分子改性，可以用于制备光交联水凝胶，常用3D打印和支架材料，如光交联明胶、光交联透明质酸、光交联壳聚糖等。例如，甲基丙烯酰化明胶(gelatin methacrylate，GelMA)，在明胶中引入甲基丙烯酰胺基团使其具有光敏性，紫外光下可将待固化的胶态液体永久性转化成固体。GelMA具有良好的生物相容性，交联之后可以形成一定的孔径，有利于细胞的进入和营养物质的进入，代谢物质的排除，为细胞的增殖提供良好的环境。已有部分文献将GelMA作为基材进行3D打印，如CN109821075A公开了一种生物材料的制备，在GelMA溶液中加入光引发剂，然后3D打印和紫外照射，得到GelMA光交联材料。

基于上述现有技术中存在的技术问题，特提出本发明，本发明提供了一种3D打印的可降解高分子支架与不同取代度的光交联水凝胶的复合支架，具有良好的力学性能并能够促进细胞生长。

发明内容