[发明专利]一种基于3D打印半月板的复合生物陶瓷修复材料

说明书

本发明提供了一种基于3D打印的半月板的复合生物陶瓷修复材料，为组织工程半月板研究提供了新的打印方法及新的人工半月板修复材料，其制备工艺是通过CT扫描进行灰度阈值调整、区域分割后，建立半月板模型；然后制备复合生物陶瓷修复材料；其次是在3D生物打印机的料筒中加入制备好的复合生物陶瓷修复材料，依据数据模型，打印得到可负载细胞的半月板三维支架；最终放入去离子水中养护8‑10h，获得复合生物陶瓷修复材料。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域和生物材料领域，提供了一种新的打印方法及新的人工半月板修复材料。

背景技术

半月板是位于股骨髁与胫骨平台之间的特殊纤维软骨组织；由于人口老龄化和青少年活动的加剧，半月板相关的手术与年剧增，每年有近几百万人需要接受半月板损伤手术治疗；临床上根据半月板损伤部位、程度，选择适当的治疗方法，如半月板全部或部分切除、半月板修补和半月板重建等，以达到消除疼痛，恢复膝关节功能，减缓软骨退行性病变的目的；随着对半月板的深入了解，研究人员提出，直接切除半月板可能导致膝关节内应力集中、接触压力增大，诱发骨关节炎，因此半月板重建术成为世界众多领域科学人员的研究热点之一；半月板移植术饱受移植物来源不足、保存困难、免疫排斥等问题的困扰，人工半月板移植物的研究越来越受到重视。

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术；3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件；该技术在汽车、航空航天、牙科和医疗产业以及其他领域都有所应用。

传统的组织工程原理的治疗措施包括：应用种子细胞促进半月板损伤的愈合，全部或部分切除半月板，半月板修复等；而传统方法治疗半月板疾病受制于工艺及装备技术的限制，导致半月板代替品在使用寿命到期后或者需要进行二次手术取出进行重新植入，给患者带来极大的痛苦；3D打印技术为制备半月板支架提供了新思路，而如何解决半月板产品使用寿命到期问题成为研究的另一个热点。

发明内容

本发明针对上述问题，为解决半月板产品使用寿命到期后需二次手术取出更换，不能一劳永逸的问题，提供了一种基于3D打印的半月板的复合生物陶瓷修复材料及其制备方法，为组织工程半月板的研究提供新的材料及工艺方法。

本发明提供的一种新的打印方法及新的人工半月板修复材料制备方法，一种基于3D打印的半月板的复合生物陶瓷修复材料，其特征是通过3D打印成形，能够根据患者不同情况进行精准私人定制，并在设计过程中能够控制半月板假体孔隙率及结构；并且由于材料属性，能够诱导软骨细胞在假体上贴壁增殖，并且假体不断降解最终形成天然半月板体，解决了同类产品因使用寿命到期而更换的问题，按照如下步骤进行：

（a）通过CT扫描进行灰度阈值调整、区域分割后，建立半月板模型；

（b）制备复合生物陶瓷修复材料：将1.5%细胞因子-转化生子因子 （TGF-β2）置于低温高速离心机中离心5min后加57%柠檬酸稀释，加入41.5%冻存液制成TGF溶液；将甲基丙烯酰酯干粉按1：5用PBS溶液溶解，60℃水浴锅溶解2h，置于4℃冰箱5min，然后再次放入60℃水浴锅中溶解2h保证甲基丙烯酰酯完全溶解；称取一定量Ⅱ型胶原粉，按1：9和生物蛋白胶溶液混合，充分搅拌使其完全溶解；将三种溶液按2：5：3比例充分混合，制成预凝胶溶液；将20%聚己内酯、5%羟基磷灰石以及极少量银粉充分研磨后加入到75%预凝胶溶液中，在超声条件下充分搅拌；加入LAP蓝光引发剂在蓝光下交联50s，得到理想凝胶；

（c）在3D生物打印机的料筒中加入制备好的复合生物陶瓷修复材料，依据数据模型，打印得到可负载细胞的半月板；

（d）将打印出的半月板放入去离子水中养护8-10h，获得具有良好的孔隙率可以诱导细胞的贴壁增殖，同时半月板可降解，在人体组织细胞增殖的同时，打印半月板产品不断降解，直至完全形成天然代替品，避免同类技术产品使用寿命到期更换的弊端。