[发明专利]一种复合细胞的预血管化大块生物骨支架构建方法

说明书

本发明公开了一种复合细胞的预血管化大块生物骨支架构建方法，用于生物制造领域，采用复合生物3D打印、电流体动力学直写、减材制造和细胞组装技术在大块生物骨支架内部构建功能性预制血管化网络来促进大块骨缺损的修复。此方法的关键在于采用可在体内讲解的生物材料海藻酸钠作为牺牲材料，并在其中加载内皮细胞，通过内皮细胞自身的迁移粘附到预制血管网络表面，与此同时，海藻酸钠降解形成预制血管网络；此外，骨支架材料中的人骨髓间充质干细胞分化成成骨细胞，并与内皮细胞的相互促进作用下合成分泌骨基质，并矿化，提高骨组织修复的效率，解决了大块骨组织修复的功能性问题，对临床医学上解决大块骨组织修复问题具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种含细胞的功能性临床大块骨组织修复的构建方法，特别是涉及一种复合细胞的预血管化大块生物骨支架构建方法，应用于生物制造技术领域。

背景技术

高能创伤、骨肿瘤等疾病常导致骨缺损，自体骨移植是治疗的最好方法。但自体骨源移植极其有限并增加痛苦，而异体骨移植又存在免疫反应和诸多并发症等。虽然人体骨骼具有一定的再生和自修复能力，但较大块骨缺损修复（内径5mm）无法单纯依靠骨的自愈能力，因此大块骨损伤作为临床常见病仍是尚未解决的世界难题，大量患有大块骨缺损的病人只能使用假体来修复，致使全球每年有数以万计的患者不能得到治愈而落下终生残疾，人们对大块骨缺损修复的需求日益迫切，渴望得到一种能取代自体同源的大块骨移植，减少患者的痛苦，真正解决大块骨源不足的问题。

随着骨组织工程技术的发展，骨组织工程的再生修复有了很大的进展，对于大块生物骨组织来讲，成骨细胞很难深入到生物骨支架的中心，而生物骨植入体内后的早期营养主要来源于组织液的渗透和血液的传输，最多只能进入支架内100-300μm，造成支架内细胞的营养和氧气供给都受到限制，导致内部细胞死亡，形成血栓，不能达到大块骨缺损修复的目的。因此，目前面临的一大难点就是如何保证生物骨支架植入体内后能快速并稳定地实现支架内部的血液运输通道的重建，解决骨组织修复和再生的营养物质和氧气，以及体内新陈代谢产物的运输和排出，即大块骨组织修复和再生的血管化问题。

目前，众多研究采用传统模具、牺牲材料等工艺来实现生物骨支架中预制血管网络的构建，但这些方法所获得的预制血管网络结构尺寸较大，并且单一，不能满足骨组织血管网络的要求，在形状上也难制出有三维结构的预制血管网络，牺牲材料的使用在一定程度上降低了骨支架的生物相容性。

在生物制造领域，出现基于传统模具和基于牺牲材料的预制血管网络成形方法，在多尺度结构或材料梯度成形，以及细胞组装等方面都存在较大的局限性。因此，单一的工艺方法制备的预制血管网络支架都无法满足组织工程对骨支架多尺度结构和血管化尺寸形状的要求，更无法进行有效的细胞组装试验，有关增材制造、减材制造、细胞组装一体化工艺制备含预制血管网络的骨支架方法还处于起步阶段。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种复合细胞的预血管化大块生物骨支架构建方法，将增材制造、减材制造与细胞组装三种制造工艺相结合，所采用的方法为复合生物3D打印含细胞的骨支架材料、含细胞的牺牲材料，电流体动力学直写含细胞的牺牲材料，细胞可在材料内迁移并到达指定位置，牺牲材料无需在支架制备初期去除，而是随着细胞的迁移，牺牲材料可在骨支架内部降解形成含细胞的预血管化大块生物骨支架，具有生物活性，从而更好的模拟人体大块骨组织中的结构，并进行快速修复。

为达到上述发明创造目的，本发明的构思如下：