[发明专利]高度血管化的多相复合骨单元支架的3D生物打印方法

说明书

本发明属于3D生物打印技术领域，公开了一种高度血管化的多相复合骨单元支架的3D生物打印方法，包括：进行3D建模与路径规划；针对各相选择生物墨水；利用多喷头3D生物打印机调整打印参数并进行无菌打印；所述高度血管化的多相复合骨单元支架，包括力学相、骨生物相与血管相和微血管相构成的预血管系统。本发明提供的高度血管化的多相复合骨单元支架的3D生物打印方法得到的多相复合支架具有一定的力学强度，较强的骨诱导、骨生成能力。本发明提供的高度血管化的多相复合骨单元支架的结构内部具有相连互通的分级血管网络，有利于体内移植早期细胞存活，有利于体内移植后血管长入和生成，同时有利于成骨愈合。

技术领域

本发明属于3D生物打印技术领域，尤其涉及一种高度血管化的多相复合骨单元支架的3D生物打印方法。

背景技术

骨缺损问题是骨科棘手的问题，人体对于超过目前对移植的骨替代品有巨大需求，是每年第二大移植组织。针对骨缺损问题，骨组织工程在临床实际应用中解决了一部分问题。随着3D生物打印技术的发展推动了骨组织工程的进展，但构建大尺寸的骨移植仍有较大的挑战，其中对细胞存活至关重要的血管网络是主要局限之一，在自然组织中，细胞的分布通常被限制在距离最近的毛细血管200um的距离内，这是氧气和营养物质的有效扩散距离。在3D生物打印的骨支架体内移植后，宿主血管入侵的速度较慢，很容易导致移植物中心区域的细胞缺乏营养而坏死。血管化在骨形成和再生过程中起着至关重要的作用，开发功能性预血管网络系统以改善组织工程化骨替代物的存活和整合是有效方式之一。

通过通过上述分析，利用3D生物打印现有技术打印骨支架存在的问题及缺陷为：

(1)目前构建大尺寸的骨移植支架仍有较大的挑战，其中3D生物打印技术为保证打印细胞的活性，对打印时间存在相应要求。

(2)骨移植支架中血管网络是主要局限之一，如何血管化骨支架，保证骨支架体内移植后支架内早期细胞的存活。

(3)骨支架体内移植后，宿主血管入侵的速度较慢，很容易导致移植物中心区域的细胞坏死。

解决以上问题及缺陷的难度为：

1.3D生物打印技术目前的处于发展的瓶颈期，如何兼顾支架力学性与生物性进行打印是一个挑战。

2.血管化问题属于3D细胞培养、3D生物打印、类器官等领域共同的难题。

3.如何解决大尺寸的骨再生问题是骨科领域棘手而重要的领域。

解决以上问题及缺陷的意义为：

1.打印的骨单元支架可以叠加连通，解决了构建大尺寸骨支架问题。

2.多相复合打印兼顾了支架力学强度、生物性、生物降解、骨生成等。

3.由血管相与微血管相构成的预血管系统有利于血管生成、有利于血管发芽，生成可贯通的血管网络。

4.由血管相与微血管相构成的预血管系统有利于骨单元支架内细胞营养物质的交换，有利于体内移植后血管长入。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高度血管化的多相复合骨单元支架的3D生物打印方法。

本发明是这样实现的，一种高度血管化的多相复合骨单元支架的3D生物打印方法，所述高度血管化的多相复合骨单元支架的3D生物打印方法包括以下步骤：

步骤一，进行3D建模与路径规划；

步骤二，针对各相选择生物墨水；

步骤三，利用多喷头3D生物打印机调整打印参数并进行无菌打印。