[发明专利]3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架及其制备方法

说明书

本发明公开了3D打印Ti‑PDA‑BMP‑2骨缺损修复组织工程支架及其制备方法。本发明3D打印Ti‑PDA‑BMP‑2骨缺损修复组织工程支架由Ti6Al4V粉末通过3D打印技术制备成为具有可控外形、孔隙微结构及理化特性可控的支架，通过纤维表面的聚多巴胺粘附具备骨修复能力的生物因子BMP‑2，可用于骨缺损的修复治疗。本发明具有结构简单可靠，外形与微结构可控，表面改性简便高效，力学性能可靠，生物活性及安全性高，植入方便，创伤小、成本低的优点。

技术领域

本发明属于骨组织修复及重建领域，涉及3D打印Ti-PDA-BMP-2骨缺损修复组织工程支架及其制备方法。

背景技术

骨缺损的修复和重建是骨科临床面临的问题之一。众所周知，自体骨被认为是骨移植的金标准，但其来源有限且可能导致供给部位的坏死、术后的慢性疼痛、过敏反应和感染等并发症。而同种异体骨和异种骨由于来源广泛且不需要额外的手术操作而被广泛应用，但同时也存在缓慢的整合与重塑、免疫排斥反应和疾病传播等并发症，尤其是降低了移植物的骨诱导性和骨传导性。

目前支架材料有生物活性磷酸钙陶瓷、磷酸钙骨水泥(CPC)、羟基磷灰石(HA)、珊瑚、石膏；聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)；胶原、脱钙骨基质(DBM)、纤维蛋白凝块(FC)等。而理想的骨基质材料应具备以下几个条件:(1)良好的生物相容性,在植入体内以后,无论其本身或其降解产物都应对机体无毒副作用,不会产生炎症反应,不会引起宿主的移植排斥反应。(2)材料的降解速率必须与新骨的生成速率相匹配，材料完成支架作用后,可被完全吸收。(3)具有孔隙率至少达90％以上的三维立体结构和一定的坚韧性,为组织细胞提供高比率的接触表面积和生长空间。(4)材料不仅能维持细胞形态和表型,而且能促进细胞粘附、增殖,诱导组织再生。虽然目前研究的多孔陶瓷材料、高分子材料及其他们的复合材料等能够作为有潜力的骨移植支架材料，但是它们均存在种种弊端，尤其是不能满足承重部位骨组织修复的要求。近几年来，三维多孔结构的金属支架的潜在应用吸引了越来越多的研究者的注意力，三维多孔结构的金属支架被认为一种很有前景的骨移植材料而广泛应用于骨科和牙科领域。和陶瓷、聚合物材料相比，金属因其较高的机械强度和断裂韧性而适合承重部位的应用。在众多金属材料中，钛及其合金因其良好的生物相容性、生物安全性、良好的机械特性以及耐腐蚀性等优点而被广泛应用。

但钛金属作为支架材料，同样具有生物活性较低的问题，因此，目前已开展众多基于材料本身的改性及种子细胞及骨生成和吸收相关的生长因子的复合的研究。材料本身改性主要依靠理化因素的处理，包括酸碱处理，电磁及氧化还原的方式引入其他元素以期待提升支架的生物活性。这些方法在支架制备过程中即较为复杂，且均一性难以得到控制。而种子细胞是组织工程化骨的关键问题。理想的种子细胞具有取材容易,对机体损伤小；体外扩增容易，表达稳定；植入体内无免疫排斥，具有成骨较强能力，而无致瘤性。目前研究较多的有成骨细胞、骨髓基质细胞、间充质干细胞、脂肪干细胞及胚胎干细胞等。但是对于金属支架而言，较低的细胞携带率仍是阻碍其进一步发展的瓶颈。至于生长因子，目前发现认识的骨生成相关的有骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMP)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、类胰岛素生长因子(insulin-like growthfactor,IGF)、碱性成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factorFGF)、血小板衍生因子(platelet-derived growth factor,PDGF)、血管内皮细胞生长因子(vascu2larendothelial growth factor,VEGF)等。但是生物活性因子存在免疫排斥、病原体传播、过敏反应、潜在致肿瘤、致畸形可能性，生物安全性得不到保证，而且临床级的rhBMP-2、TGF-β等生物因子往往需要进口，且价格昂贵，每毫克的采购价就达到近千美元。

综上所述，开发出一种结构简单可靠，力学强度合适，手术植入方便，对人体创伤小，低成本、可诱导骨长入的组织工程化骨以行骨缺损的修复治疗对我国的卫生事业发展、对建设创新性国家都有重要的现实意义。