[发明专利]一种3D打印瓜尔胶水凝胶支架及其制备方法

说明书

本发明提供了一种3D打印瓜尔胶水凝胶支架，由以下步骤制成：S1.常温下，将瓜尔胶溶解于超纯水中制得瓜尔胶水溶液，加入甲基丙烯酸酐后充分搅拌，将体系的pH值调节至8‑10，继续反应2‑6小时，将溶液透析、冻干后得到瓜尔胶甲基丙烯酸酯；S2.在无菌环境中，将瓜尔胶甲基丙烯酸酯溶解于含光引发剂的无菌PBS溶液中制得溶胶，将溶胶与软骨细胞均匀混合，利用3D生物打印机进行挤压式打印形成支架，将支架用紫外光照射使其交联得到3D打印瓜尔胶水凝胶支架。本发明还提供了该3D打印瓜尔胶水凝胶支架的制备方法。本发明所提供的3D打印瓜尔胶水凝胶支架有望成为一种较为理想的软骨组织工程支架，并有望应用于临床上对软骨缺损的再生修复。

技术领域

本发明涉及一种3D打印瓜尔胶水凝胶支架及其制备方法。

背景技术

组织工程为人体组织器官的再生修复提供了一种新的治疗方法，其中包括静电纺丝和3D打印技术等等常见的材料加工成型技术，前者主要为细胞提供一种二维的微环境，这远不能满足仿生组织器官的三维微环境。3D打印技术通过将细胞、生物材料精确地放置于预设空间的特定位置，从而打印出各种具有功能性的、个体化的组织或器官，并且提供前所未有的能力和多功能性，以桥接工程化组织及原生组织，使构建个体化的功能性软骨成为可能。然而，生物材料缺乏个体化的生化性和力学性能仍是限制3D打印技术应用的主要障碍。

3D生物打印对材料的要求明显高于普通打印，根据应用目的须考虑以下要求：可打印性、生物相容性、可降解性、结构与力学性能、仿生学特性。目前组织工程领域应用最广泛的3D生物打印类型是挤压式3D生物打印，挤压式3D生物打印要求材料既要具有足够的粘弹性以保持打印后的形态，又要具有剪切变稀的假塑性以减轻打印过程中对细胞的挤压损伤。

常用的3D生物打印材料包括天然生物材料（如海藻酸钠、透明质酸等）和合成材料（如聚乳酸、聚乙二醇等）。合成材料可能存在异物反应、感染率高、体内降解慢以及降解产物副作用等问题，而天然材料因其优越的生物相容性、天然可降解性等特点，越来越多地被用作3D打印原料。海藻酸钠和透明质酸作为常用的3D生物打印天然材料已有很多研究报道，但在构建组织工程软骨时依然存在一些缺陷：海藻酸钠溶液由于粘性过大，在打印过程中常会堵塞挤压式3D打印机的打印针头，因此引起挤压力过大而损伤细胞；3D打印透明质酸支架由于在体内降解速度过快，常无法满足修复要求。综上所述，目前亟需寻找到适合3D生物打印的天然生物材料。

瓜尔胶是一种从豆科植物——瓜尔豆中提取出来的天然高分子多糖，分子量可达22万左右，是已知的最有效和水溶性最好的天然聚合物。由于其独特的分子结构特点和非牛顿流变特性，瓜尔胶已被广泛应用于各种商业用途。以往研究证明瓜尔胶具有良好的生物相容性、生物可降解性，常温下有良好的亲水性，可用做药物载体和水凝胶支架，而且成本低廉，来源广。由于瓜尔胶具有以上优点，满足3D生物打印对材料的要求，所以有望成为一种新型3D生物打印材料。瓜尔胶的分子结构中含有羟基，能发生酯化反应，有望接枝甲基丙烯酸酐，进行紫外光交联。目前，紫外交联（光固化）是基于水凝胶的3D生物打印中最常用的一种固化成型手段，具有固化时间短、反应热低等优点。紫外交联（光固化）水凝胶因具有多孔的内部结构、内部表面积大、扩散阻力小、理化性能易调控、可封装细胞并保护细胞生长等优点，被越来越多地应用于组织工程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可紫外光交联的、可以复合干细胞的3D打印瓜尔胶水凝胶支架，该支架有望成为一种较为理想的软骨组织工程支架，并有望应用于临床上对软骨缺损的再生修复。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种3D打印瓜尔胶水凝胶支架，其由以下步骤制成：

S1.常温下，将瓜尔胶完全溶解于超纯水中制得瓜尔胶水溶液，加入甲基丙烯酸酐后充分搅拌，用氢氧化钠溶液将体系的pH值调节至8-10，继续反应2-6小时，将反应得到的溶液用超纯水透析5-7天，完全冻干后得到瓜尔胶甲基丙烯酸酯；