一種比格犬脊髓定向通道支架及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種基于三維打印技術(shù)比格犬脊髓定向通道支架及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脊髓損傷后導(dǎo)致的感覺、運(yùn)動(dòng)功能障礙，是醫(yī)學(xué)界尚未解決的一個(gè)重大難題。脊髓再生難以解決，一方面由于脊髓內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞的再生能力有限，不能通過神經(jīng)細(xì)胞增殖來補(bǔ)充死亡的細(xì)胞；另一方面是損傷部位形成抑制神經(jīng)再生的微環(huán)境，主要包括以下幾個(gè)方面:受損細(xì)胞產(chǎn)生大量抑制軸突生長的因子；損傷部位缺乏促進(jìn)細(xì)胞生長的神經(jīng)營養(yǎng)因子；缺乏相關(guān)膠質(zhì)細(xì)胞支持引導(dǎo)神經(jīng)元軸突生長；缺損部位形成瘢痕組織，阻礙神經(jīng)纖維再生。其治療策略是消除抑制因素和促進(jìn)再生能力。組織工程技術(shù)為解決脊髓再生障礙提供了極具希望的前途。組織工程支架可以填充組織缺損，有利于內(nèi)源性和外源性細(xì)胞粘附、迀移、增殖，也可以通過修飾各種活性物質(zhì)來調(diào)控?fù)p傷灶周邊微環(huán)境，例如釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子，中和再生抑制因子，誘導(dǎo)軸突生長等，建立一個(gè)適宜神經(jīng)再生的微環(huán)境，從而達(dá)到神經(jīng)再生的目的。
[0003]組織工程支架能橋接斷端，防止過多的結(jié)締組織在兩斷端間生長，但非定向結(jié)構(gòu)支架內(nèi)部的非定向性、無規(guī)律性不利于引導(dǎo)再生神經(jīng)的定向生長。具有定向結(jié)構(gòu)的組織工程支架有利于神經(jīng)元粘附，引導(dǎo)軸突延伸以及軸突的生長方向。Bozkurt等用定向多通道的膠原支架培養(yǎng)雪旺氏細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)雪旺氏細(xì)胞粘附和增殖并形成類似于“Bungner”帶的結(jié)構(gòu)，表明定向通道支架在神經(jīng)修復(fù)中具有較大潛力(Bozkurt A, Deumens R, Beckmann C.1nvitro cell alignment obtained with a Schwann cell enriched microstructurednerve guide with longitudinal guidance channels.B1materials, 2009, 30:169-179) 0
[0004]但是，目前工藝制備的組織工程支架其空間結(jié)構(gòu)與在體脊髓有較大差距。3D打印技術(shù)在上世紀(jì)末期誕生，該技術(shù)集機(jī)械工程、CAD、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一體，能快速精確地打印出預(yù)先的設(shè)計(jì)模型。而低溫快速成型技術(shù)是根據(jù)所設(shè)計(jì)或掃描物件的三維信息，在計(jì)算機(jī)軟件及電機(jī)精確調(diào)控下，迅速打印出特定三維結(jié)構(gòu)，利用材料低溫成型特性在低溫下迅速凝固，逐層堆積最終形成目標(biāo)物價(jià)。我們設(shè)計(jì)出以神經(jīng)傳導(dǎo)束為基礎(chǔ)構(gòu)架的比格犬脊髓定向通道支架，用3D打印技術(shù)打印出具有特定定向通道的支架，該方法能在脊髓損傷修復(fù)方面獲得突破。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的問題是，提供一種可用于脊髓損傷的治療和研究的比格犬脊髓定向通道支架及其制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是:一種比格犬脊髓定向通道支架，其特征在于:包括支架本體，所述支架本體內(nèi)部設(shè)有用于生長薄束、楔束、脊髓丘腦束、皮質(zhì)脊髓側(cè)束、脊髓小腦后束、脊髓丘腦側(cè)束、脊髓頂蓋束、脊髓丘腦前束、皮質(zhì)脊髓前束和灰質(zhì)的空心區(qū)域；用于生長薄束、楔束的空心區(qū)域位于所述支架本體的上部；用于生長灰質(zhì)的空心區(qū)域位于所述支架本體的中央；用于生長脊髓小腦后束、用于生長脊髓丘腦側(cè)束、用于生長皮質(zhì)脊髓側(cè)束、用于生長脊髓頂蓋束、用于生長脊髓丘腦前束的空心區(qū)域均為兩個(gè)，對稱分布在所述支架本體的兩側(cè)；用于生長脊髓小腦后束、用于生長脊髓丘腦側(cè)束、用于生長脊髓丘腦前束的看空心區(qū)域位于外側(cè)；用于生長皮質(zhì)脊髓側(cè)束、用于生長脊髓頂蓋束的空心區(qū)域位于內(nèi)側(cè)；用于生長皮質(zhì)脊髓前束的空心區(qū)域有兩個(gè)，對稱分布在所述支架本體的下部；所述支架本體垂直直徑為8_15mm，橫徑為6_10mm，壁厚為0.1-1.0mmo
[0007]進(jìn)一步，所述脊髓定向通道支架內(nèi)外可用于貼服或融合細(xì)胞或生長因子。
[0008]優(yōu)選的，所述細(xì)胞包括神經(jīng)干細(xì)胞、神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、嗅鞘細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞中的一種或幾種。
[0009]優(yōu)選的，所述生長因子包括神經(jīng)生長因子(NGF)、腦源性生長因子BDNF)、表皮細(xì)胞生長因子(EGF)、神經(jīng)營養(yǎng)因子-3(NT-3)和血小板源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(TOGF)中的一種或幾種。
[0010]進(jìn)一步，所述脊髓定向通道支架內(nèi)的細(xì)胞種植密度為IX 106 — IX 10%1。
[0011]進(jìn)一步，所述脊髓定向通道支架內(nèi)表面生長因子的濃度為10 μ g/g — 20mg/g。
[0012]進(jìn)一步，所述脊髓定向通道支架的生物材料為膠原、絲素蛋白、羥基磷灰石、殼聚糖、聚乳酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、海藻酸鈉、明膠、水凝膠中的一種或幾種的復(fù)合物。
[0013]本發(fā)明還提供一種脊髓定向通道支架的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0014](1)根據(jù)比格犬脊髓神經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比格犬脊髓定向通道支架3D模型，將脊髓定向通道支架3D模型導(dǎo)入3D生物打印機(jī)中；
[0015](2)將液態(tài)生物材料置于打印機(jī)材料儲存筒中；
[0016](3)設(shè)置打印機(jī)參數(shù)，先確定針頭直徑范圍在60— 200 μπι，再調(diào)整擠壓速度和打印速度，打印速度5-10mm/秒，擠壓速度0.1-lmm/秒，材料成型溫度為_30°C — 5°C。
[0017](4)用3D打印機(jī)快速低溫成型形成脊髓定向通道支架，將制備的脊髓定向通道置于-20°C低溫冷凍干燥成型；
[0018](5)培養(yǎng)細(xì)胞、配制生長因子和培養(yǎng)基；將成型的脊髓定向通道常規(guī)消毒，置入含有細(xì)胞或生長因子的培養(yǎng)液培養(yǎng)4-12天。
[0019]本發(fā)明創(chuàng)造具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0020](1)本發(fā)明根據(jù)比格犬脊髓實(shí)際情況，用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)打印出的脊髓定向通道支架，高度仿生比格犬脊髓結(jié)構(gòu)，有利于神經(jīng)定向生長，促進(jìn)神經(jīng)再生，可用于脊髓損傷的治療和研究。
[0021](2)本發(fā)明所用材料為生物可降解材料，無細(xì)胞毒性和免疫排斥，在體內(nèi)一定時(shí)間內(nèi)可降解為人體可吸收的無毒無害物質(zhì)，不阻礙神經(jīng)生長，壓迫再生組織。
[0022](3)本發(fā)明種子細(xì)胞為神經(jīng)干細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞等，都具有較強(qiáng)的自我更新和增殖能力，效果明確，是脊髓神經(jīng)組織工程的理想種子細(xì)胞。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明格犬脊髓定向通道支架的立體結(jié)構(gòu)示意圖
[0024]圖2是本發(fā)明格犬脊髓定向通道支架的主視結(jié)構(gòu)示意圖
[0025]圖中:
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例一比格犬脊髓定向通道支架
[0027]如圖1、2所示，一種比格犬脊髓定向通道支架，包括支架本體1，一種比格犬脊髓定向通道支架，包括支架本體1，支架本體1內(nèi)部設(shè)有用于生長薄束、楔束、脊髓丘腦束、皮質(zhì)脊髓側(cè)束、脊髓小腦后束、脊髓丘腦側(cè)束、脊髓頂蓋束、脊髓丘腦前束、皮質(zhì)脊髓前束和灰質(zhì)的空心區(qū)域；用于生長薄束、楔束的空心區(qū)域2位于所述支架本體1的上部；用于生長灰質(zhì)的空心區(qū)域3位于所述支架本體1的中央；用于生長脊髓小腦后束的空心區(qū)域4、用于生長脊髓丘腦側(cè)束的空心區(qū)域5、用于生長皮質(zhì)脊髓側(cè)束的空心區(qū)域7、用于生長脊髓頂蓋束的空心區(qū)域8、用于生長脊髓丘腦前束的空心區(qū)域6均為兩個(gè)，對稱分布在所述支架本體1的兩側(cè)；用于生長脊髓小腦后束的空心區(qū)域4、用于生長脊髓丘腦側(cè)束的空心區(qū)域5、用于生長脊髓丘腦前束的空心區(qū)域6由上至下依次位于外側(cè)；用于生長皮質(zhì)脊髓側(cè)束的空心區(qū)域7、用于生長脊髓頂蓋束的空心區(qū)域8由上至下依次位于內(nèi)側(cè)；用于生長皮質(zhì)脊髓前束的空心區(qū)域9有兩個(gè)，對稱分布在支架本體1的下部；支架本體1垂直直徑為8-15mm，橫徑為6-10mm，壁厚為0.1-1.0mm。支架本體1垂直直徑為8_15mm，橫徑為6_10mm，壁厚為
0.1-1.0mmο
[0028]本發(fā)明脊髓定向通道支架的生物材料為膠原、絲素蛋白、羥基磷灰石、殼聚糖、聚乳酸、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、海藻酸鈉、明膠、水凝膠中的一種或幾種的復(fù)合物。
[0029]本發(fā)明脊髓定向通道支架內(nèi)外可用于貼服或融合細(xì)胞或生長因子。細(xì)胞包括神經(jīng)干細(xì)胞、神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、嗅鞘細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞中的一種或幾種。生長因子包括神經(jīng)生長因子(NGF)、腦源性生長因子BDNF)、表皮細(xì)胞生長因子(EGF)、神經(jīng)營養(yǎng)因子_3 (ΝΤ-3)和血小板源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(TOGF)中的一種或幾種。
[0030]脊髓定向通道支架內(nèi)的細(xì)胞種植密度為IX 106— IX 10%1。
[0031]脊髓定向通道支架內(nèi)表面生長因子的濃度為10yg/g—20mg/g。
[0032]實(shí)施例二比格犬脊髓定向通道支架的制備
[0033](1)根據(jù)比格犬脊髓實(shí)際情況，了解薄束、楔束、皮質(zhì)脊髓束