[发明专利]硬材料与细胞一体化三维生物打印方法、骨修复功能模块和骨类器官的制备方法与应用

权利要求书

1.一种硬材料与细胞一体化三维打印方法，其特征在于，包括高强度生物医用材料与细胞一体化同步三维打印制备类骨硬组织模块的方法；

所述高强度生物医用材料是指压缩强度在2MPa及以上的硬材料；

所述高强度生物医用材料以硬材料束的形式进行打印，所述细胞以细胞束的形式进行打印；

所述一体化三维打印方法包括，利用多喷头交替打印硬材料束和细胞束，使硬材料束和细胞束平行排列成层，再逐层打印成具有孔道的立体结构，层间硬材料束和细胞束打印方向相互垂直，得到类骨硬组织模块；

所述多喷头包括至少两个喷头，即材料打印喷头和细胞打印喷头；

所述细胞包括营造成骨微环境的细胞。

2.根据权利要求1所述的一体化三维打印方法，其特征在于，所述营造成骨微环境的细胞包括与骨组织形成有关的细胞；

优选地，所述营造成骨微环境的细胞包括骨髓基质细胞、骨祖细胞、前成骨细胞、成骨细胞、骨衬细胞、骨细胞或破骨细胞中至少一种细胞或两种以上细胞组合；

优选地，所述营造成骨微环境的细胞为骨髓基质细胞或者骨细胞或者两者的组合；

优选地，所述骨细胞为Wnt信号激活骨细胞，用于营造成骨微环境，促进骨髓基质细胞的增殖、成骨分化以及生物矿化，促进破骨细胞的分化，促进骨的再生修复；

优选地，所述Wnt信号激活的方法，包括生物医用材料、小分子药物、蛋白质、多肽中的一种或两种及以上成分激活经典Wnt/β－catenin信号；

优选地，所述Wnt信号激活骨细胞与骨髓基质细胞数量比为1：(2～8)；

优选地，所述Wnt信号激活骨细胞与骨髓基质细胞的数量比为1：4；

优选地，所述骨细胞过表达至少一种成骨生物微环境因子；

优选地，所述成骨生物微环境因子包括Notch配体Delta－like4。

3.根据权利要求1所述的一体化三维打印方法，其特征在于，所述硬材料束的打印方法包括，高强度生物医用材料依次经熔融和螺杆挤出得到硬材料束；和/或所述细胞束的打印方法包括，包裹细胞的水凝胶或生物墨水经气压驱动挤出得到细胞束；

优选地，所述硬材料熔融温度为30～200℃，所述硬材料束打印温度为30～200℃；

优选地，所述细胞束的打印温度为4～37℃；

优选地，所述三维打印的打印速度为2～10mm/s。

4.权利要求1～3任一项所述打印方法得到的类骨硬组织模块，其特征在于，所述类骨硬组织模块包括力学支架用的材料单元、成骨功能用的细胞单元和孔道；所述材料单元与细胞单元在类骨硬组织模块中的体积比为1：0.5～2，所述类骨硬组织模块的孔隙率为20％～80％；

优选地，所述孔道包括通孔、埋孔或盲孔中的一种或两种以上组合；

优选地，所述孔道的打印方法包括，相邻的硬材料束和细胞束分隔形成，或者，打印孔道形成材料，打印完成后，去除孔道形成材料、形成孔道；

优选地，所述孔道形成材料包括牺牲材料；

优选地，所述牺牲材料包括F127。

5.根据权利要求4所述的类骨硬组织模块，其特征在于，所述材料单元包括含有羟基磷灰石的复合高分子；

优选地，所述羟基磷灰石的颗粒尺寸为纳米级；

优选地，所述复合高分子采用的高分子材料包括聚己内酯及其衍生的共聚高分子中的一种或两种以上组合；

优选地，纳米羟基磷灰石与高分子材料的质量比为1：(4～9)；

优选地，纳米羟基磷灰石与高分子材料的质量比为1：9。

6.根据权利要求4所述的类骨硬组织模块，其特征在于，所述细胞单元包括包裹细胞的水凝胶或生物墨水，所述细胞在生物墨水或水凝胶中的密度为1×10⁵～1×10⁷个/毫升，优选为1×10⁶个/毫升；

优选地，所述生物墨水或水凝胶含有固型分子；

优选地，所述固型分子包括甲基丙烯酰化明胶。