[发明专利]一种基于3D打印的仿生软骨及其制造方法

说明书

本发明属于生物医学工程技术领域，特别是仿生材料制备技术领域，公开了一种基于3D打印的仿生软骨及其制造方法，包含了一种基于3D打印的仿生软骨和一种3D打印仿生软骨的制造方法。所述的一种基于3D打印的仿生软骨为多层结构，由改性Ⅱ型胶原蛋白、改性透明质酸、纳米羟基磷灰石和软骨细胞通过梯度仿生3D打印所制得。该种仿生软骨具有良好的生物相容性，与正常软骨组织相当的力学性能，有利于软骨缺损部分的修复。

技术领域

本发明属于生物医学工程技术领域，特别是涉及一种基于3D打印的仿生软骨及其制造方法。

背景技术

由创伤或疾病造成的软骨退变或损伤在临床上较为常见，但由于关节软骨组织的特殊，内部没有血管、淋巴管和神经，创伤性损伤后只有极低或几乎没有有效的自修复能力，若治疗不及时或恰当，将导致严重的功能障碍。与其他的组织修复过程相同，软骨修复是通过纤维蛋白凝块的形成和随后缺损损周围的正常软骨、缺损下方的骨髓或者滑膜组织来源的成软骨细胞的级联反应，最终形成受损部位的修复组织。现有的几种软骨修复技术如软骨下钻孔、清理钻孔术或者微骨折，都是缺损接近软骨下有血供的组织和骨髓，通常联合应用清除软骨碎片，磨损关节成型和关节冲洗等操作。但传统技术是通过纤维软骨样组织修复软骨缺损，在成分构成、结构和力学性质方面，这种修复组织与正常软骨不同（正常关节软骨主要由透明软骨构成，作为缓冲垫抵抗外来应力），因而无法预测软骨修复的长期临床效果。通过传统方式治疗的患者，都会有一个短暂的疼痛缓解期；但是当修复组织发生退变，患者会出现进展性的症状。用适当的软骨填充材料修复缺陷，是快速恢复病态的或创伤性软骨缺损组织的有效方法。软骨组织工程为软骨损伤的治疗提供了一种理想的治疗途径，但是现有的技术难以制备出一种与正常软骨组织生理结构和生理性能相近的高质量的软骨修复材料，有许多问题有待解决，如新生软骨组织的固定、同种异体细胞移植后的免疫排斥反应、种子细胞和生长因子的选择，如何解决培养软骨的远期退化、是否能够忍受长期的负载和摩擦等等。

而近年来，研究者对组织工程支架的设计提出了4F准则：形状诉求（Form）、性能诉求（Function）、功能诉求（Formation）和可植入性（Fixation）。形状诉求是指支架材料必须能够完全填充复杂的三维缺陷，并且可以诱导组织再生；性能诉求是指支架的力学性能等可以在缺失组织修复前暂时起到缺失组织作用的需求；功能诉求是指材料需具有相应的生物活性，能够为细胞提供适宜的环境以促进组织再生；可植入性是指支架可通过手术植入人体，并起到预期功效。利用仿生学，体外构建适合组织细胞生长的显微结构，模拟体内环境，协调不同细胞的增殖、分化、迁移和凋亡等，是治疗组织缺损的发展方向。

利用3D 打印技术制备的个性化支架，能够精确模拟天然组织复杂的三维微观结构，支架形状与缺损组织高度吻合，并能通过支持生长因子、细胞的共同打印赋予支架生物活性，通过梯度打印的方法模拟正常组织的生理结构，从而制备出一种与正常组织在结构和生理功能上无异的修复材料，是组织工程领域发展的必然趋势。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，一种基于3D打印的仿生软骨的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的一种基于3D打印的仿生软骨，其特征在于，所述的仿生软骨按重量份数计由改性Ⅱ型胶原蛋白20-80份、改性透明质酸20-80份、纳米羟基磷灰石10-20份和软骨细胞 0.1-0.5份通过梯度仿生3D打印所制得。

进一步的，所述仿生软骨由下至上依次由仿生软骨下骨、仿生钙化层、仿生软骨深层、仿生中间层和仿生浅表层通过3D打印机打印构建所得，整体呈多层的互穿网络结构。

所述的一种基于3D打印的仿生软骨及其制造方法，具体包括如下步骤；

（1）打印材料的制备：