[发明专利]一种个性化含镶嵌结构的3D打印骨组织工程支架

说明书

一种个性化含镶嵌结构的3D打印骨组织工程支架，其特征在于：通过三维建模重建出颌骨大面积骨缺损的形态与结构，该支架包括两部分，一部分是恢复颅颌面骨缺损形态与结构的外部轮廓支架，另一部分是用于促进血管形成的内部管状支架。通过在外部支架上接种间充质干细胞(MSCs)和/或负载骨形成蛋白(BMP)等促进成骨的因子，在内部支架上接种内皮细胞(ECs)和/或负载血管内皮细胞生长因子(VEGF)等促进成血管的因子，从而形成了一个外部维持形态与结构，内部促进血管形成的骨组织工程支架，从而有助于干细胞的增殖、成骨向分化和组织工程复合物的血管形成，进而提高骨再生的质量和速度。

技术领域

本发明涉及一种个性化含镶嵌结构的3D打印骨组织工程支架，具体涉及一种治疗大面积颅颌面骨缺损修复支架的制作方法及其应用。

背景技术

由于外伤、肿瘤等导致的颅颌面部大面积骨缺损，直接影响患者的面部外观以及咀嚼、语音等口腔功能，不仅严重损害患者的身心健康，同时也给社会经济带来巨大负担。传统的骨移植方法包括自体骨移植、异体骨或异种骨移植、人工骨替代材料。自体骨移植是骨缺损修复的金标准，一般采用患者自身的髂骨，虽然其免疫反应低，然而其对供骨区造成新的创伤、有潜在的感染等问题，并且难以塑形，此外，大块的骨移植物中央多因缺血而成为死骨。异体骨或异种骨移植存在新骨替代缓慢，生物力学性能差的问题，异体骨还存在传播疾病的潜在可能。人工骨替代材料具有骨传导性、但很少能具有骨诱导性。

骨组织工程技术被认为是本世纪前沿、最有希望为广大骨缺损患者带来福音的骨再生技术。其中，支架材料是骨组织工程的核心问题和难点所在。传统的多孔支架制作技术有熔融成型法、颗粒滤除法、冷冻干燥技术、静电纺丝法、相分离法等。以上方法制备的支架虽能满足细胞生长的基本要求，但是材料孔径不可控、支架孔隙贯通程度不够，既影响支架的性能，也不利于细胞的增殖分化和组织的血管化。同时，颅颌面部的骨骼多为扁骨或不规则骨，形态和结构复杂，常规的加工方式所形成的支架不能满足颅颌面骨缺损修复的需要。3D打印技术通过扫描缺损部位，获得数字化模型，并建立其三维模型进行打印，对骨缺损部位进行个性化重建。同时还可以很大程度上控制支架的孔径、孔隙率、连通程度以及比表面积，减少了因自体骨移植对患者身体造成的损伤，同时降低了异体骨移植高昂的费用。

然而，支架材料与种子细胞的复合物植入体内后，如何保证种子细胞的持续增殖与分化并形成新的组织，仍然是骨组织工程面临的挑战之一，组织工程器官的血管化是组织工程化组织成功的重要环节。体外培养时，细胞的营养物质和氧气的运输主要靠渗透作用和扩散作用，复合物植入体内后，依靠血液、细胞间液来进行营养和氧气的运输，远离毛细血管150-200μm以上的细胞可能因为缺乏营养物质和氧气而不能存活。目前，限制组织工程发展的难题是植入物缺乏足够的血液供应，进而导致细胞营养障碍。为了提高复合物在体内的生存率，工程化组织必须具备血管化的能力，为种子细胞的功能活动提供充足的营养和氧气。

然而，目前3D打印的组织工程支架，大部分是结构简单，孔径固定、单一，孔道联通模式简单，而这与人体骨小梁的结构不相符，不利于骨再生和骨组织的血管化。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种个性化含镶嵌结构的3D打印颅颌面骨组织工程支架的制作方法及应用，旨在解决现有技术所制作的骨组织工程支架大部分是结构简单，孔径固定、单一，孔道联通模式简单，不利于骨再生与骨组织血管化的问题。为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：一种个性化含镶嵌结构的3D打印骨组织工程支架，其特征在于：通过三维建模重建出颌骨大面积骨缺损的形态与结构，该支架包括两部分，一部分是恢复颅颌面骨缺损形态与结构的外部轮廓支架，另一部分是用于促进血管形成的内部管状支架。通过在外部支架上接种间充质干细胞(MSCs)和/或负载骨形成蛋白(BMP)等促进成骨的因子，在内部支架上接种内皮细胞(ECs)和/或负载血管内皮细胞生长因子(VEGF)等促进成血管的因子，从而形成了一个外部维持形态与结构，内部促进血管形成的骨组织工程支架，从而有助于干细胞的增殖、成骨向分化和组织工程复合物的血管形成，进而提高骨再生的质量和速度。