[发明专利]一种基于3D生物打印的肌-骨复合移植物

说明书

本发明公开了一种基于3D生物打印的肌－骨复合移植物，涉及生物工程技术领域，包括3D打印机和培养皿，3D打印机用于打印肌－骨复合移植物的复合结构，复合结构从外至内包括肌腹层、第一过渡层、肌腱层、第二过渡层和骨质层，肌腹层由肌肉干细胞和基质组成，第一过渡层由肌肉干细胞和肌腱细胞组成，肌腱层由肌腱干细胞和基质组成，第二过渡层由肌腱细胞和骨质细胞组成，骨质层由骨质细胞和基质组成，复合结构在培养皿中培养为肌－骨复合移植物，肌－骨复合移植物由上至下包括肌腹体、肌腱体和成骨体。采用本发明的技术方案能够利用3D打印预先打印好复合结构，再将复合结构进行体外培养，形成同时具备部分肌肉与骨骼且相互连接紧密的肌－骨移植物。

技术领域

本发明涉及生物工程技术领域，尤其涉及一种基于3D生物打印的肌－骨复合移植物。

背景技术

战创伤骨与软组织损伤中，肌－骨连接部位的损伤极难修复。目前临床上应用铆钉等内植物，在骨结构中创造一个“支点”，将肌腱缝合于上面进行修复等方式，可以解决一部分问题。但是，遇到严重的肌－骨连接部位创伤，临床上尚缺少可靠的治疗方式，因此往往导致患者运动功能丧失。

组织工程支架是修复骨与软组织损伤的很有前景的方法。近年来，利用3D 生物打印技术，制造骨组织工程支架与肌肉组织工程支架，都有相关研究发表，并取得了一些成效。但是，对于伤及肌－骨连接部位的损伤，尚缺乏有效的组织工程支架研究与探索。这是因为在连接部位，组织结构和细胞类型变异较大，仿生制备较为困难。

因此，我们创新性结合3D生物打印与微流控技术，实现了对骨、肌腱和肌肉的连续打印，因此实现了具有可控细胞类型及分布的仿生肌－骨复合支架，该方法和支架有望为严重骨与软组织损伤修复提供新策略。

发明内容

本发明意在提供一种基于3D生物打印的肌－骨复合移植物，能够利用3D 打印预先打印好复合结构，再将复合结构进行体外培养，形成同时具备部分肌肉与骨骼且相互连接紧密的肌－骨移植物，同时肌肉与肌腱、肌腱与骨骼的连接处的细胞呈梯度分布，更符合实际的肌－骨组织。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于3D生物打印的肌－骨复合移植物，包括3D打印机和培养皿，所述 3D打印机用于打印肌－骨复合移植物的复合结构，所述3D打印机包括细胞注射组件和微流控喷头，所述细胞注射组件包括连接筒，所述连接筒穿设有第一导料管、第二导料管和第三导料管，所述第一导料管的一端连通有第一进料筒，所述第二导料管的一端连通有第二进料筒，所述第三导料管的一端连通有第三进料筒，所述第一进料筒、所述第二进料筒和所述第三进料筒的管径相同，所述第一进料筒、所述第二进料筒和所述第三进料筒均设于所述连接筒的外侧，所述第一导料管、所述第二导料管和所述第三导料管的管径依次减小，所述第一导料管、所述第二导料管和所述第三导料管设于所述连接筒的一端相互连通，所述第三导料管设于所述第二导料管的内侧，所述第二导料管设于所述第一导料管的内侧，所述连接筒的出料口连接有出料管，所述细胞注射组件有三件，三件所述出料管均与所述微流控喷头连通，所述培养皿设于所述微流控喷头的正下方，所述培养皿内放置有低温承接板。

进一步地，通过所述3D打印机打印得到的肌－骨复合移植物复合结构从外至内包括肌腹层、第一过渡层、肌腱层、第二过渡层和骨质层，所述肌腹层由肌肉干细胞和基质组成，所述第一过渡层由肌肉干细胞和肌腱细胞组成，所述肌腱层由肌腱干细胞和基质组成，所述第二过渡层由肌腱细胞和骨质细胞组成，所述骨质层由骨质细胞和基质组成，所述复合结构在培养皿中体外培养形成肌－骨复合移植物，所述肌－骨复合移植物由上至下包括肌腹体、肌腱体和成骨体。

进一步地，所述肌肉干细胞、肌腱细胞和骨质细胞外侧均包裹有仿生壳体，所述肌肉干细胞与仿生壳体之间填充有烟酰胺磷酸核糖转移酶、IL-1a、IL-13、 TNF-a和IFN-γ，所述肌腱细胞与仿生壳体之间填充有PRP和HGF，所述骨质细胞与仿生壳体之间填充有BMP和TNF-a。