[发明专利]一种基于3D打印的具有血管化潜能的脊髓补片及其制备方法

说明书

本发明提供了用于中枢神经损伤修复的血管化潜能的脊髓补片，利用3D打印技术，制备含有骨髓间充质细胞来源的血管内皮样细胞及营养因子的间隔直行条索状补片。这种补片细胞及因子条索分布均匀，且条索间有间隔，有助于营养物质的交换及因子释放。本发明的细胞条索有助于脊髓损伤后在血管化，直行的富含营养因子及细胞的突出轨道，有利于引导受损伤脊髓再生神经纤维于凹陷处有序线性再生。

所属技术领域

本发明专利涉及一种用于修复脊髓损伤的3D打印补片材料，尤其是移植它后能够促进脊髓损伤处的血管化和引导再生神经纤维有序线性生长的补片材料。

背景技术

脊髓损伤是一种严重的中枢神经系统损伤疾病，损伤区神经束的断裂、组织的坏死及恶劣的微环境，都给损伤后的修复带来了困难。组织工程领域的发展在软骨、皮肤、膀胱等领域取了一定的进展，也为仿生的脊髓组织移植填补缺损的脊髓组织带来了曙光。其中血管化是组织工程研究的热点和难点之一。脊髓组织内有丰富而复杂的血管网络，起到氧气及营养物质交换的作用。直接在脊髓损伤区内移植组织细胞，等待宿主血管自行长入损伤/移植区域，往往需要数天的时间。这样的血管自行长入滞后行为，不利于损伤/移植区的神经纤维再生，因此，应用组织工程技术在体外预构建血管化潜能的脊髓补片，这将是脊髓损伤修复后血管化的有效策略之一。

3D打印技术是一种计算机辅助设计的固体分层制造快速成型技术。大体分为：熔融沉淀制造，力学性能好，高温限制活细胞的结合；光固化，力学性能差；选择性激光烧结/熔融，高强度；喷墨打印机三维打印等，其发展，为制备各种仿生生物材料带来了便捷。其中3D打印的墨水至关重要。明胶甲基丙烯酰基(Methacrylate Gelatin，GelMA)水凝胶是一种具有可调节特性的可见光交联生物材料，GelMA水凝胶有接近胶原的生物兼容性，已广泛应用于脊髓损伤修复领域。利用GelMA水凝胶利用3D打印技术仿生脊髓白质区域多通道的结构，为引导神经纤维的再生带来了可能。骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stemcells,BMSC)，是一类起源于中胚层的成体干细胞，具有自我更新及多向分化潜能，其中可以分化成内皮样细胞。间充质干细胞的临床研究已经在许多国家开展，美国批准了60余项临床试验，我国也有多项临床研究备案项目，是目前最具临床应用前景的成体干细胞之一。

目前在国内、外，一种基于3D打印的具有生物活性并能血管化的脊髓补片仍未见报道。我们设想构建一种血管化潜能且能促进神经纤维再生的材料。拟将这种具有血管化潜能且能促进神经纤维再生的的补片移植到脊髓损伤处，在促进神经纤维再生的同时，促使神经纤维再生处血管化，改善其中的微环境，促进受损伤脊髓的修复。本发明的目的是想克服现有临床上治疗脊髓损伤的技术和方法上的不足，应用我们构建的具有血管化潜能的脊髓补片为神经再生修复脊髓损伤提供新思路和新方法。

发明内容

为了克服现有的生物活性支架移植治疗脊髓损伤的方案不足，本发明专利提供一种3D打印的具有血管化潜能的脊髓补片，该补片不仅能够促进脊髓损伤后血管化，而且能够通过支架的物理结构引导受损伤脊髓再生神经纤维于凹陷处有序线性生长。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

利用GelMA水凝胶作为3D打印墨水，混合血管内皮细胞生长因子(vascularendothelial growth factor,VEGF)、碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblastgrowth factor,bFGF)及骨髓间充质干细胞(BMSCs)，利用挤压式3D打印机挤压生物墨水，制备出具有间隔凸起的脊髓补片。移植后，补片上的VEGF和bFGF缓慢释放到凹陷的通道处，作用于其中的BMSCs，诱导其形成血管内皮细胞。补片中凹陷形成的通道可引导再生的神经纤维线性生长，达到修复脊髓损伤的目的。

本发明专利的有益效果是：