一种组织工程半月板支架及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种组织工程半月板支架及制备方法，其中方法包括以下步骤：将聚己内酯材料置入熔融沉积成型三维打印机的喷头内加热至120-140℃，并在600-1000kPa的气压下准备打印；将熔融沉积成型三维打印机的打印速度设置为0.6-0.75mm/s，纤维直径设置为300-320μm，纤维间隔设置为200-300μm，打印出组织工程半月板支架；使用钴60进行辐照灭菌处理。本发明专利技术通过熔融沉积成型的方法打印出具有合适孔隙结构、合适纤维直径、合适生物力学强度的组织工程半月板支架，有利于提高接种细胞和植入区域自体长入细胞的存活率、增殖率，并能增加成纤维软骨诱导分化率，使新生半月板组织具有良好的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物材料与组织工程
，更具体地说，涉及一种组织工程半月板支架及制备方法。
技术介绍
半月板由纤维软骨组成，内外各一，位于膝关节的胫股关节间隙，是膝关节的重要组成部分。其具有吸收震荡、传递负荷、营养关节软骨及维持关节稳定等重要功能。半月板严重损伤或切除后，会加快膝关节骨性关节炎发展。尽管半月板切除术后短期疗效好、功能恢复快，但再生半月板不具有正常半月板的功能，远期将加重关节软骨退变。组织工程技术的进展为半月板修复和替代提供了一种新的治疗模式。组织工程半月板(TEM)构建需要种子细胞复合植入支架材料，在特定生长因子或应力刺激下完成。TEM的支架材料包括人工合成和天然材料。人工合成材料包括聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、碳纤维、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、涤纶、特富龙、聚氨酯等。天然材料包括胶原、小肠粘膜下组织、脱钙骨、骨膜、软骨膜等。理想的支架材料具有以下性能：1、良好的生物相容性和生物可降解性；2、足够的力学强度；3、高孔隙率；4、高表面积；5、表面利于细胞的黏附增殖和分化；6、易于消毒及植入；7、可加工成各种形状和结构，易于重复操作。人工合成材料来源广泛，可塑性强，具有良好的生物相容性和生物学活性，且能满足TEM的生物力学强度。其中，聚己内酯(PCL)因其良好的生物力学、生物活性及材料加工特性已被广泛应用于组织工程构建软骨、骨等方面。天然材料有良好的生物相容性，且含有生物活性成分，能够促进细胞增殖和基质分泌，但大多数在生物学强度及孔隙率和形态上难以满足完整TEM构建的要求。由于半月板组织结构的异构性，人工构建的半月板支架需要其微观结构能够仿造正常半月板结构，显然传统制造工艺(盐析、冻干、电纺丝等)不能满足此要求。熔融沉积成型技术(FDM)是3D打印技术的一种，是将热熔性材料加热熔化，通过喷头挤喷出来，随即与前一个层面熔结在一起，逐层沉积直至形成三维支架。其具有良好的成型、控制支架的孔径及孔隙率等特性，促进种子细胞发挥良好的生物学性能的同时兼顾生物力学的特性，适用于组织工程半月板的构建。目前，尽管文献报道有将FDM打印组织工程骨修复方面的应用，但半月板特殊的结构和尺寸特点决定了其生物力学功能与其他部位不同，例如骨修复支架要求具有较强的抗压能力，而半月板支架要求具有更大的抗拉伸强度和弹性模量。现有FDM打印的组织工程支架形态往往不能满足半月板支架的性能要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有FDM打印组织工程支架的方法不能满足半月板支架性能要求的问题，提供一种基于FDM的组织工程半月板支架及制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种组织工程半月板支架的制备方法，包括以下步骤：S1、将聚己内酯材料置入熔融沉积成型三维打印机的喷头内加热至120-140℃，并在600-1000kPa的气压下准备打印；S2、将熔融沉积成型三维打印机的打印速度设置为0.6-0.75mm/s，纤维直径设置为300-320μm，纤维间隔设置为200-300μm，打印出组织工程半月板支架；S3、使用钴60对所述组织工程半月板支架进行辐照灭菌处理。在根据本专利技术所述的组织工程半月板支架的制备方法中，所述组织工程半月板支架的外形为环形，且其环形外径为9.5-10.5mm，环形内径为3.5-4.5mm，厚度1.4-1.6mm。在根据本专利技术所述的组织工程半月板支架的制备方法中，所述组织工程半月板支架的环形外径为10mm，环形内径为4mm，厚度1.5mm。在根据本专利技术所述的组织工程半月板支架的制备方法中，所述步骤S2中设置的纤维直径为300μm，纤维间隔为200μm。在根据本专利技术所述的组织工程半月板支架的制备方法中，所述制备方法还包括：S4、将骨髓间充质干细胞细胞接种到所述组织工程半月板支架上复合培养7天。在根据本专利技术所述的组织工程半月板支架的制备方法中，所述聚己内酯材料的重均分子量为60000。本专利技术还提供了一种组织工程半月板支架，其采用如上所述的组织工程半月板支架的制备方法制得。本专利技术还提供了另一种组织工程半月板支架，所述组织工程半月板支架为环形三维结构，由熔融沉积的多层聚己内酯纤维构成，每层聚己内酯纤维的纤维直径为300-320μm，纤维间隔为200-300μm。该组织工程半月板支架的环形外径为9.5-10.5mm，环形内径为3.5-4.5mm，厚度1.4-1.6mm。所述组织工程半月板支架的拉伸弹性模量为40-45Mpa，压缩弹性模量为25-30Mpa。实施本专利技术的组织工程半月板支架及制备方法，具有以下有益效果：本专利技术通过使用熔融沉积成型的方法打印出具有合适可修剪外形、合适孔隙结构、合适纤维直径、合适生物力学强度的组织工程半月板支架，有效地提高了拉伸和压缩弹性模量，使生物力学强度更高，更适于用作部分缺损半月板的修复和完全切除半月板的移植替代，并且其孔隙结构更利于提高接种细胞和植入区域自体长入细胞的存活率、增殖率和向半月板纤维软骨细胞分化的能力，从而最终形成形态、结构、力学性能和功能良好的新生半月板。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为根据本专利技术优选实施例的组织工程半月板支架的制备方法的流程图；图2为根据本专利技术优选实施例的组织工程半月板支架的结构示意图；图3为根据本专利技术优选实施例的组织工程半月板支架的外形示意图；图4a和4b分别为实验组的组织工程半月板支架的大体观察图及表面电镜图；图5a为实验组的组织工程半月板支架的细胞复合培养图；图5b和5c分别为实验组和对照组的细胞死活染色结果图；图6为实验组和对照组的细胞增殖活性检测实验结果图；图7a和7b分别为实验组和对照组的拉伸弹性模量和压缩弹性模量测试结果图；图8a为对照组手术后的大体观察图，图8b和8c分别实验组和空白对照组手术后6周的大体观察图；图9a和9b分别为实验组和空白对照组的半月板覆盖区域(胫骨平台)HE染色结果图；图9c和9d分别为实验组和空白对照组的半月板覆盖区域(胫骨平台)甲苯胺蓝染色结果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。请参阅图1，为根据本专利技术优选实施例的组织工程半月板支架的制备方法的流程图。如图1所示，该实施例提供的制备方法主要包括以下步骤：首先，在步骤S1中，将聚己内酯(PCL)材料置入熔融沉积成型(FDM)三维打印机的...

【技术保护点】
一种组织工程半月板支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚己内酯材料置入熔融沉积成型三维打印机的喷头内加热至120‑140℃，并在600‑1000kPa的气压下准备打印；S2、将熔融沉积成型三维打印机的打印速度设置为0.6‑0.75mm/s，纤维直径设置为300‑320μm，纤维间隔设置为200‑300μm，打印出组织工程半月板支架；S3、使用钴60对所述组织工程半月板支架进行辐照灭菌处理。

【技术特征摘要】
1.一种组织工程半月板支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将聚己内酯材料置入熔融沉积成型三维打印机的喷头内加热至120-140℃，并在
600-1000kPa的气压下准备打印；
S2、将熔融沉积成型三维打印机的打印速度设置为0.6-0.75mm/s，纤维直径设置为
300-320μm，纤维间隔设置为200-300μm，打印出组织工程半月板支架；
S3、使用钴60对所述组织工程半月板支架进行辐照灭菌处理。
2.根据权利要求1所述的组织工程半月板支架的制备方法，其特征在于，所述组织工程
半月板支架的外形为环形，且其环形外径为9.5-10.5mm，环形内径为3.5-4.5mm，厚度1.4-
1.6mm。
3.根据权利要求1所述的组织工程半月板支架的制备方法，其特征在于，所述组织工程
半月板支架的环形外径为10mm，环形内径为4mm，厚度1.5mm。
4.根据权利要求1所述的组织工程半月板支架的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中
设置的纤维直径为300μm，纤维间隔为200μm。
5...

【专利技术属性】
技术研发人员：余家阔，张正政，江东，张磊，丁建勋，
申请(专利权)人：北京大学第三医院，清华大学，中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11