[发明专利]基于活细胞3D打印的软骨-骨-骨髓复合组织结构及方法

摘要

本发明公开了一种基于活细胞3D打印的软骨‑骨‑骨髓复合组织结构及方法，采集骨组织的生物信息，输入计算机进行仿生建模，配制适用软骨、成骨、间充质干、血管内皮等细胞的生物墨水；配制打印密致骨区域的硬材料硬材料；配制各种铸型剂；将活细胞按一定的密度接种于相应的生物墨水中；将各种类型的打印墨水分别加载于打印机料仓，设置打印参数后进行3D打印，打印成型的骨组织在组织工程仿生培养器中进行培养，一定时间后运用温控或酶控或光控的方法，于不同的时间祛除铸型剂材料，在软骨‑骨‑骨髓复合组织外部接枝人工血管，在组织工程仿生培养器内连续循环灌注培养，实现打印组织的预成熟。其实现3D打印骨组织的长期存活和生物功能。

主权项

1.一种基于活细胞3D打印软骨‑骨‑骨髓复合组织的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）建模：采集需要打印的软骨‑骨‑骨髓复合组织的生物信息，输入计算机进行仿生建模，建立的几何模型包括软骨区域、密致骨区域、松质骨区域、松质骨中间的营养孔隙区域、血管壁区域、血管腔区域、组织外辅助塑性区域；2）配料：准备构建软骨‑骨‑骨髓复合组织所需的各种细胞，配制适用构建软骨‑骨‑骨髓复合组织所需的各种细胞的液态可固化水凝胶材料载体，将构建软骨‑骨‑骨髓复合组织所需的各种细胞按设定的密度分别接种于相应的液态可固化水凝胶材料载体中，配制含细胞的各种生物墨水，同时，配制用于打印软骨‑骨‑骨髓复合组织的密致骨区域的硬材料，以及配制用于打印组织外辅助塑性区域的第一铸型剂，配制用于打印松质骨中间的营养孔隙区域的第二铸型剂，配制用于打印血管腔区域的第三铸型剂；3）3D打印制备软骨‑骨‑骨髓复合组织坯体：将步骤1)建好的模型数据输入生物3D打印机的配套设备中，设置打印程序，将步骤2)中配制的铸型剂、硬材料以及含细胞的生物墨水分别装载到生物3D打印机的各料仓中，生物3D打印机在组织工程仿生培养器中的打印平台上进行3D打印，生物3D打印机的多个喷头按照设定的打印程序轮流喷出或挤出液体进行3D打印，喷出或挤出的液体分别在相应的条件下固化，其中，用第一铸型剂打印组织外辅助塑性区域，用第二铸型剂打印松质骨中间的营养孔隙区域，用第三铸型剂打印血管腔区域，用含软骨细胞的生物墨水打印软骨‑骨‑骨髓复合组织的软骨区域，用含成骨细胞和间充质干细胞的生物墨水打印软骨‑骨‑骨髓复合组织的松质骨区域，用含血管内皮细胞的生物墨水打印血管壁区域，用硬材料打印软骨‑骨‑骨髓复合组织的密致骨区域，形成软骨‑骨‑骨髓复合组织坯体；4 ) 刻蚀成型：分级刻蚀，在不同阶段采用不同的手段分别去除用于辅助组织塑性的第一铸型剂、用于营养孔隙成型的第二铸型剂以及用于血管腔成型的第三铸型剂，得到有血管网和营养孔隙的软骨‑骨‑骨髓复合组织；5 )体外培养：让刻蚀成型的有血管网和营养孔隙的软骨‑骨‑骨髓复合组织浸入组织工程仿生培养器灌注的培养液中进行培养，并将软骨‑骨‑骨髓复合组织血管网的主血管与培养液输送管连接进行循环灌流培养，实现软骨‑骨‑骨髓复合组织的预成熟。