[发明专利]具有基因缓释作用的3D打印生物支架及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种具有基因缓释作用的3D打印生物支架的制备方法：将含氨基和羧基的水溶性多糖与编码有生长因子的DNA载体在水中混匀，得到混合溶液；将水溶性材料与生物支架材料混匀，进行3D打印，得到3D打印生物支架；将3D打印生物支架浸入水中，以除去水溶性材料，然后在其表面修饰活性基团；将表面修饰有活性基团的3D打印生物支架浸入混合溶液中，得到具有基因缓释作用的3D打印生物支架。本发明还提供了一种采用上述制备方法所制备的具有基因缓释作用的3D打印生物支架。本发明还提供了上述具有基因缓释作用的3D打印生物支架在作为组织工程骨中的应用。本发明方法简单，所制备的3D打印生物支架能够缓慢释放生长因子，有效调控细胞表达，促进骨修复。

技术领域

本发明涉及组织工程材料制备技术领域，尤其涉及一种具有基因缓释作用的3D打印生物支架及其制备方法和应用。

背景技术

植入性的医用生物支架具有结构仿生、组织塑性等优点，基于3D打印技术的生物支架在医学领域得到广泛应用。目前植入性的生物支架主要起结构仿生作用。而3D打印主要集中在结构的设计，从而满足3D结构具有的特殊功能，然而对于体内植入修复组织类的3D支架，除了结构要满足需求，还需要促进组织重建和再生功能。而现有的3D打印支架只是结构的满足，很难满足促进再生的生物功能需求。

此外，骨缺损的修复一直是困扰骨科一生的难题，当前临床应用中，骨缺损的治疗主要还是依赖传统的骨移植术，组织工程骨是最具临床应用价值的一种骨替代物。但组织工程骨还存在缺乏骨传导性、骨诱导性、生物相容性、生物活性等问题。为解决这些问题，构建一种生物友好的支架+细胞+生长因子模式的种植体成为组织工程领域的研究热点之一。在这三种基本生物学要素中，生长因子起到诱导成骨、促进细胞增殖和胶原合成、促进成骨和血管生长以促进骨吸收的作用，在新骨的形成过程中起到关键作用。

虽然在支架材料中添加生长因子对新骨修复具有立竿见影的效果，但是却也存在一系列的问题而限制了其在临床中的应用：生长因子的突释，造成新骨的形成速度与自体骨的不匹配，影响骨的质量；绝大多数生长因子的半衰期很短，易失活，因此在体内很容易降解，无法长期有效的发挥其生物学作用；生长因子的生产制备过程复杂、产率低、成本高；生长因子临床使用剂量高，高剂量易引起一系列副作用，如异位成骨、过量成骨。因此，如果改变生长因子的给予途径，就可以解决这些问题。

基因活性基质(GAM)技术是综合了组织工程学技术和基因治疗理论的新兴技术，目前存在一些缺点，如：DNA质粒与支架材料在材料表面相连，会造成DNA暴露在血清环境中受到酶的影响而被降解；DNA质粒突释而影响种子细胞的活性，同时后期DNA质粒浓度低而不足以长期有效的调控细胞表达。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有基因缓释作用的3D打印生物支架及其制备方法和应用，本发明的方法简单，所制备的3D打印生物支架能够缓慢释放生长因子，有效调控细胞表达，促进骨修复。

本发明提供了一种具有基因缓释作用的3D打印生物支架的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含氨基和羧基的水溶性多糖与编码有生长因子的DNA载体在水中混匀，得到混合溶液；

(2)将水溶性材料与生物支架材料混匀，然后进行3D打印，得到3D打印生物支架；

(3)将所述3D打印生物支架浸入水中，以除去水溶性材料，然后在其表面修饰活性基团；

(4)将表面修饰有活性基团的3D打印生物支架浸入步骤(1)得到的混合溶液中，水溶性多糖与编码有生长因子的DNA载体连接到3D打印生物支架的表面，得到具有基因缓释作用的3D打印生物支架。

进一步地，在步骤(1)中，水溶性多糖为壳聚糖、明胶和透明质酸中的一种或几种。

进一步地，在步骤(1)中，混合溶液中水溶性多糖的浓度为1-10mmol/L。