[发明专利]一种基于丝素蛋白3D打印的生物支架及其制备方法和应用

说明书

本发明属组织工程和医用材料领域，涉及基于丝素蛋白3D打印的适应支气管黏膜上皮生长的生物支架及其制备方法。本发明采用丝素蛋白/羟丙基羧甲基纤维素作为支架材料，采用3D打印结合冷冻干燥技术，将支气管上皮细胞系(BEAS‑2B细胞)作为种子细胞，将BEAS‑2B细胞在多孔的3D打印的丝素蛋白/羟丙基羧甲基纤维素支架上生长，制成3D打印的丝素蛋白/羟丙基羧甲基纤维素支架。本发明的基于丝素蛋白3D打印的支架可用作气管缺损修补，能为组织工程化人工气管的研制提供有意义的参考。

技术领域

本发明属组织工程和医用材料领域，涉及一种基于丝素蛋白3D打印的生物支架及其制备方法和应用，具体涉及基于丝素蛋白3D打印的适应支气管黏膜上皮生长的生物支架及其制备方法。

背景技术

气管是被覆有一层假复层纤毛柱状上皮的中空的圆柱状器官，内层的纤毛柱状上皮对粘液的清除和防止感染有重要作用。目前临床治疗时，采用多种类型的材料如硅橡胶假体、聚乙烯假体等修复气管缺损，但是由于较难促进气道上皮的再生易导致肉芽组织增生、感染等并发症，因此，对于研制能使上皮再生的支架是非常重要的。

此外，气管狭窄患者的病情各异，气管缺损的形状、长短、及患者体型不一，为支架的制作及缺损修复带来困难，同时以往的研究还发现，支架的结构如孔径大小、孔的形态、孔隙率等对不同组织细胞的粘附、增殖有不同的影响，但目前通过现有的工艺手段难以稳定的制备复杂或个体化的支架结构。随着3D打印技术的发展，其可创造出所需要的物体模型，并能精确的调控其结构，运用3D打印技术解决这些问题有特别的优势。

目前已知，丝素蛋白(SF)是一种天然的高分子材料，主要由甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸等18种氨基酸所组成，与人体角质及胶原组成结构相似；所述丝素蛋白安全可靠，由于其具有较好的生物相容性、良好的机械性能及可调控的降解性能，当前广泛应用于医学的各个领域如骨组织工程、血管组织工程、药物传递、皮肤伤口敷料等；现有研究表明，与其他生物材料如胶原蛋白、壳聚糖等相比，丝素蛋白具有更优异的机械性能如显著的抗张力和韧性；目前制备丝素蛋白3D多孔支架的方法较多，传统常用的制备方法有盐粒子洗脱法、气泡法、冷冻干燥法、冻融法等，但是上述方法很难精确调控所述支架的孔结构。

随着3D打印技术的出现及不断发展，可通过3D打印技术打印出事先设计好的物体模型，相比传统的支架制备方法，3D打印通过计算机的控制，自下而上将材料逐层叠加，可精确的调控支架的结构及最终打印出我们想要的复杂结构。目前生物3D打印已广泛应用于组织工程和再生医学、移植和临床、药物筛选和高通量分析以及肿瘤等的研究；然而，并不是所有的材料都可用于3D打印，影响3D打印的因素较多，比如材料的表面张力、粘度、流变特点及交联机制等，都可影响3D打印；可用于生物3D打印的材料比较少,大多为人工合成的高分子材料如聚乳酸、聚己内酯、聚已醇酸，所述材料通过打印喷头后能快速的成型而维持其特定的形状，但是上述材料生物相容性较差。所述丝素蛋白等天然高分子材料，由于较难固化成型，较难进行3D打印，虽然目前有研究通过低温打印法或将丝素蛋白溶液与其它物质交联形成凝胶进行打印，但是打印过程不稳定、对打印机设备要求较高、或打印出的支架机械性能较弱，不能满足组织修复需要。

近年来有学者关注触变性凝胶的制备及特性；所述触变性凝胶是指当凝胶未受到剪切力作用时，凝胶保持固体状态，当进行注射时，由于凝胶受到剪切力，凝胶变为流动态并从注射器挤出，当挤出注射器后，凝胶又迅速恢复到固体状态；所述羟丙基羧甲基纤维素(Hydroxypropyl methyl cellulose，HPMC)是一种纤维素醚衍生物，无毒性，其与丝素蛋白通过混合加热后可形成触变性凝胶并具有较好的机械性能，迄今为止，国内外尚无用丝素蛋白/羟丙基羧甲基纤维进行3D打印支架的制备并运用于支气管上皮细胞生长的报道。

基于现有技术的现状，本申请的发明人拟提供新的生物支架，尤其是基于丝素蛋白3D打印的适应支气管黏膜上皮生长的生物支架。

发明内容