[发明专利]一种基于类骨器官的3D生物打印类骨组织工程支架

说明书

本发明属于骨缺损支架技术领域，公开了一种基于类骨器官的3D生物打印类骨组织工程支架，包括壳体，壳体内填充有骨类器官微球，壳体外侧设有人工仿生骨膜，人工仿生骨膜包括左旋聚乳酸、透明质酸HA、血管内皮生长因子、I型胶原、聚已内酯PCL、胶原蛋白和纳米羟基磷灰石，壳体两端连接有固定块，壳体的内侧开设有末端，末端连接有骨类器官填充腔，骨类器官填充腔的空腔直径为500～1000微米，骨类器官填充腔中填充体外培养的骨类器官微球，上下两个骨类器官填充腔之间连接有微通道，仿生支架通过多喷头3D打印机一体化打印成型；本发明解决了当前骨组织工程支架修复大段骨缺损效果不佳的难题，适用于构建基于骨类器官的骨缺损修复支架。

技术领域

本发明属于骨缺损支架技术领域，具体涉及一种基于类骨器官的3D生物打印类骨组织工程支架。

背景技术

骨缺损是骨科常见病。骨缺损长度在一定范围内时骨组织可自行修复重建，但是当超过该范围后无法自行愈合，即为临界骨缺损。目前临床上将临界骨缺损的长度定为长骨直径的1.5倍，约为1.5～3.0cm。全世界每年因严重的创伤、骨折合并感染、骨折后治疗不当、骨肿瘤或先天性疾病导致的骨缺损患者，需骨移植治疗的超过200万例，其中因移植物血管化及功能化性能不佳引起手术失败率25％，并发症发生率30％～60％。骨缺损伤员救治困难、花费高，给个人、家庭和社会带来沉重的负担。

临界尺寸骨缺损修复是骨科医师面临的棘手临床难题。目前临界尺寸骨缺损治疗的金标准是自体骨移植。然而，供区骨组织数量有限，术后供区骨缺损、疼痛、感染等多种并发症严重限制了自体骨移植的推广应用。特别是在临界尺寸骨缺损的修复中，移植物血管化不足易导致死骨形成、肢体功能难以恢复。因此，研发具有良好血管化及功能化的骨替代材料是国内外研究的热点。

近年来，应用类器官技术构建成骨支架修复大段骨缺损成为热点。对于成骨支架的构建而言，快速、精确和功能化十分重要。但目前类器官构建还存在诸多问题：例如类器官形态及组成的可控性差；同批次类器官个体之间，以及不同批次类器官样本之间均存在显著差异；建模周期长(培养周期需要4-6周)，而且建模过程缺乏自动化操控，耗时费力。因此，应用3D生物打印技术，有望实现类器官的批量自动化稳定构建，进而制备更为有效的成骨支架，解决大段骨缺损修复难题。

发明内容

本发明提供了一种基于类骨器官的3D生物打印类骨组织工程支架，解决了当前骨组织工程支架修复大段骨缺损效果不佳的难题。

为解决上述技术问题，本发明技术方案如下：

一种基于类骨器官的3D生物打印类骨组织工程支架，包括壳体，所述壳体内填充骨类器官微球，所述壳体外侧设有人工仿生骨膜，所述壳体的上下端均开有末端，所述壳体内设有若干条微通道，所述微通道的上下两端均内连通有骨类器官充腔，所述骨类器官充腔的自由端与末端相连通，所述仿生支架通过多喷头3D打印机一体化打印成型。

本发明技术方案的原理如下：

壳体具有散在贯通孔径，可以方便内部骨类器官的氧气、营养物质与代谢物质交换，末端具有宏观孔径结构，方便自体血管及新鲜骨组织长入，微通道用于氧气、营养物质与代谢物质交换，骨类器官充腔的作用是容纳骨类器官微球。采用本设计方案，当大段骨缺损的患者需要进行修复时，先采集患者数据，用3D打印技术制备出本发明类骨器官仿生支架，然后将类骨器官仿生支架安装在患者的骨缺损处，仿生支架内部的骨类器官充腔可通过末端、微通道骨类器官充腔和末端与患者骨组织进行能量、物质及信号传递，从而促进骨组织的再生，进行骨修复。

进一步地，所述壳体的两端均设有固定块。

通过上述设置，通过固定块进行髓内插入，增强仿生支架与骨缺损处的连接稳定性。

进一步地，所述人工仿生骨膜的制作原料为左旋聚乳酸、透明质酸HA、血管内皮生长因子、I型胶原、聚已内酯PCL、胶原蛋白和纳米羟基磷灰石。