本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料，具體涉及一種具有生物活性的3d打印水凝膠支架及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、軟組織填充物用于醫(yī)學和美容中以矯正各種軟組織缺損或增強外觀。軟組織缺損可能由諸如軟組織腫瘤切除術(shù)、先天性異常、創(chuàng)傷和衰老等各種病狀引起。目前市場上用于軟組織填充的大多數(shù)水凝膠較軟，存在無法根據(jù)特定條件進行定制、力學性能難于達到填充要求或存在生物活性較低等問題。3d打印技術(shù)為形狀定制和快速制備提供了解決思路，并且通過調(diào)節(jié)3d打印墨水的成分，可以使打印出的產(chǎn)物具有一定的力學性能。公布號為cn114796604a的專利，公布了一種用于角膜再生的3d打印墨水。該3d打印墨水采用一定比例的pegda、gelma、光引發(fā)劑和阻光劑，最終制備得到一種具有角膜形狀的水凝膠。然而該水凝膠的作用更多的是一種物理填充或支撐，其本身并不具備生物學活性。

2、源自間充質(zhì)干細胞的外泌體可能含有生長因子、細胞因子、dna、脂質(zhì)等，能在一定程度上促進組織再生及加快愈合過程。然而目前將外泌體應(yīng)用到軟組織再生領(lǐng)域存在一些困難和挑戰(zhàn)，例如隨著被靶細胞攝取內(nèi)化或被巨噬細胞捕獲，外泌體濃度會較快下降，進而使外泌體治療的時效有限。而將外泌體負載到水凝膠中，由于水凝膠具有緩釋作用，因此伴隨著水凝膠的降解，可讓外泌體持續(xù)且長效的作用于填充部位。然而用于軟組織填充的水凝膠往往需要一定的機械強度或支撐強度，但隨著水凝膠的降解，其機械強度也會下降。此外，水凝膠包裹的外泌體與細胞的接觸有限，通常需要提高外泌體的含量來提高治療效果，但外泌體的產(chǎn)能有限，目前尚無法大規(guī)模量產(chǎn)。

3、綜上所述，制備用于軟組織填充的具有生物活性的水凝膠依然存在一些技術(shù)障礙，因此有必要提出新的方法和策略，以緩解或部分緩解現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有生物活性的3d打印水凝膠支架及其制備方法，以及在軟組織缺損填充中的應(yīng)用，具體技術(shù)方案如下。

2、一種具有生物活性的3d打印水凝膠支架的制備方法，包括以下步驟：

3、s01：提取間充質(zhì)干細胞外泌體；

4、s02：配制3d打印墨水，所述3d打印墨水包括水凝膠基質(zhì)和所述間充質(zhì)干細胞外泌體；所述水凝膠基質(zhì)包括2％-20％w/v的甲基丙烯?；髂z、2％-20％w/v的聚乙二醇二丙烯酸酯和0.1％-0.5％w/v的光引發(fā)劑；所述甲基丙烯?；髂z和聚乙二醇二丙烯酸酯的用量比例為1:0.5-1；所述3d打印墨水還包括0.05-0.3％w/v的所述間充質(zhì)干細胞外泌體；

5、s03：設(shè)計3d打印水凝膠支架模型，所述水凝膠支架模型上具有均勻排列的微孔結(jié)構(gòu)；可以理解的是，根據(jù)需要填充部位的大小和形狀來設(shè)計水凝膠支架模型的大小和尺寸；

6、s04：進行3d打印，對打印出的水凝膠支架進行紫外光交聯(lián)。

7、在一些優(yōu)選實施方式中，所述水凝膠支架模型的尺寸為20×20×2立方毫米，微孔孔徑大小約為0.4-0.6mm。

8、進一步，所述甲基丙烯?；髂z和聚乙二醇二丙烯酸酯的用量比例為1:1。

9、在一些優(yōu)選方式中，所述水凝膠基質(zhì)包括10％w/v的甲基丙烯酰化明膠和10％w/v的聚乙二醇二丙烯酸酯。

10、進一步，所述光引發(fā)劑為苯基(2,4,6-三甲基苯甲?；?磷酸鋰鹽。

11、進一步，所述間充質(zhì)干細胞外泌體的提取方式包括差速離心；包括以300-500g離心5-10分鐘，以1000-5000g離心5-10分鐘，以8000-10000g離心5-10分鐘，以及以100000-120000g離心50-70分鐘。

12、進一步，所述s03中采用擠出3d打印技術(shù)，具體操作包括在3-4bar條件下以1.5-3.0mm/s進行打印。

13、進一步，所述3d打印墨水還包括0.2％w/v的所述間充質(zhì)干細胞外泌體。

14、可以理解的是，所述3d打印墨水還包括0.05％w/v、0.1％w/v、0.15％w/v、0.25％w/v和/或0.3％w/v的所述間充質(zhì)干細胞外泌體。

15、進一步，所述甲基丙烯?；髂z為甲基丙烯酸酐與明膠pbs溶液的混合物；所述明膠pbs溶液與所述甲基丙烯酸酐的體積比為25:1。

16、由上述制備方法制備得到的3d打印水凝膠支架。

17、上述制備方法在制備用于軟組織缺損的材料中的應(yīng)用。

18、上述3d打印水凝膠支架在制備軟組織缺損材料中的應(yīng)用。

19、本發(fā)明有益效果

20、1.本發(fā)明提供了一種具有生物活性的3d打印水凝膠支架及其制備方法，本發(fā)明方法通過精簡的物料種類(一共僅有4種物料，其中一種為光引發(fā)劑)配制得到一種具有生物活性的3d打印墨水，再輔以特別的模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(具有均勻貫穿的微孔結(jié)構(gòu))，得到一種具有較好的機械性能、適度的溶脹性能和較高的生物活性的水凝膠支架，可用于軟組織缺損的填充。需要說明的是，本發(fā)明設(shè)計的支架具有均勻多孔結(jié)構(gòu)，能夠使細胞進入微孔的同時增大了細胞與外泌體的接觸量，使外泌體的生物功能高效被利用。因此本發(fā)明僅需要添加少量的外泌體就能實現(xiàn)較好的修復效果。

21、2.本發(fā)明方法通過調(diào)節(jié)物料的比例，使得到的水凝膠支架具有較好的機械強度和適度的溶脹性能。較好的機械性能可以使材料在受到外力時越不容易被損壞，起到對填充部位的有效支撐。溶脹可以增加與填充的空腔的緊密性，甚至可以起到壓迫止血的作用。但溶脹率過大，使得材料整體的含水量過高，反而會使材料的預定形狀(即具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的片材形狀)結(jié)構(gòu)坍塌，進而導致機械強度下降，因此適度的溶脹性能是重要的考量。

22、3.本發(fā)明提供的水凝膠支架，除了能夠?qū)浗M織缺損處起到較好的支撐和填充作用，其中的微孔結(jié)構(gòu)可以為細胞及軟組織再生提供一定的空間支持，并與軟組織的填充修復相匹配。且微孔結(jié)構(gòu)還能使更多的細胞進入水凝膠中與外泌體接觸，使外泌體的粘附及修復效果最優(yōu)，實現(xiàn)外泌體與水凝膠基質(zhì)的協(xié)同作用。

技術(shù)特征：

1.一種具有生物活性的3d打印水凝膠支架的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述甲基丙烯?；髂z和聚乙二醇二丙烯酸酯的用量比例為1:1。

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述光引發(fā)劑為苯基(2,4,6-三甲基苯甲?；?磷酸鋰鹽。

4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述間充質(zhì)干細胞外泌體的提取方式包括差速離心；包括以300-500g離心5-10分鐘，以1000-5000g離心5-10分鐘，以8000-10000g離心5-10分鐘，以及以100000-120000g離心50-70分鐘。

5.如權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于，所述s03中采用擠出3d打印技術(shù)，包括在3-4bar條件下以1.5-3.0mm/s進行打印。

6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述3d打印墨水還包括0.2％w/v的所述間充質(zhì)干細胞外泌體。

7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述甲基丙烯酰化明膠為甲基丙烯酸酐與明膠pbs溶液的混合物；所述明膠pbs溶液與所述甲基丙烯酸酐的體積比為25:1。

8.由權(quán)利要求1-7任一項所述的制備方法制備得到的3d打印水凝膠支。

9.權(quán)利要求1-7任一項所述的制備方法在制備用于軟組織缺損的材料中的應(yīng)用。

10.權(quán)利要求8所述的3d打印水凝膠支架在制備軟組織缺損材料中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有生物活性的3D打印水凝膠支架及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的制備方法包括(1)提取間充質(zhì)干細胞外泌體；(2)配制3D打印墨水；(3)設(shè)計3D打印水凝膠支架模型；(4)進行3D打印。本發(fā)明得到的水凝膠支架具有較好的機械性能、適度的溶脹性能和較高的生物活性。

技術(shù)研發(fā)人員：何美玲,石浩志
受保護的技術(shù)使用者：重慶覓新辰生物科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2