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CN108158697A - 骨缺损填充支架结构 - Google Patents

骨缺损填充支架结构 Download PDF

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CN108158697A
CN108158697A CN201711417123.5A CN201711417123A CN108158697A CN 108158697 A CN108158697 A CN 108158697A CN 201711417123 A CN201711417123 A CN 201711417123A CN 108158697 A CN108158697 A CN 108158697A
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程朋真
李东林
宋岳
高祎
李俊琴
曹天庆
张帅帅
刘斌
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Abstract

本发明公开了一种骨缺损填充支架结构，包括：多层筒状基层，筒状基层上具有网孔结构，多层筒状基层逐层嵌套设置，以在骨缺损填充支架结构植入骨缺损位置时使内源性细胞沿多层筒状基层的径向、轴向以及周向迁移；层间连接杆设置在相邻的两层筒状基层之间，用于将多层筒状基层相互连接固定。本发明的骨缺损填充支架结构减少了界壁遮挡，能够使内源性细胞沿多个方向自由迁移，加速细胞的浸润速度和数量，解决了现有技术中的支架结构存在界壁遮挡而影响细胞的浸润速度和数量的问题。

Description

骨缺损填充支架结构
技术领域
本发明涉及医疗器材领域，具体而言，涉及一种骨缺损填充支架结构。
背景技术
各种创伤、感染和疾病导致的器官缺损的治疗仍是医学难题之一，组织工程领域的发展为构建“安全、有效的组织器官移植替代物”带来了新希望，尤其是3D打印技术，可根据缺损的位置和形态设计个性化的支架材料。体外将材料复合外源性种子细胞一直是组织工程学研究的热点，但近年来，越来越多的学者认识到外源性细胞很少直接参与组织修复，而内源性细胞在修复重建中起到至关重要的作用。因此，促进内源性细胞的浸润对组织工程修复效果的提升具有重要意义。
内源性细胞的迁移和爬行替代必须依附于支架结构，特别是在术后早期，材料结构直接影响了细胞的存活和归巢。在组织工程尤其是骨组织工程的研究中发现，细胞浸润具有明显的趋势和方向，如图1所示，传统的骨缺损填充支架结构多采用叠层结构，其包括多根横向支撑杆1和纵向支撑杆2，横向支撑杆1和纵向支撑杆2纵横交错形成网孔结构从而促进细胞的长入。
然而密集交错的横向支撑杆1和纵向支撑杆2的会形成界壁遮挡，内源性细胞只能从外向内、层间向上、向下3个方向迁移，导致细胞的浸润速度和数量明显受到抑制。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种骨缺损填充支架结构，以至少解决现有技术中的支架结构存在界壁遮挡而影响细胞的浸润速度和数量的问题。
为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种骨缺损填充支架结构，包括：多层筒状基层，筒状基层上具有网孔结构，多层筒状基层逐层嵌套设置以在骨缺损填充支架结构植入骨缺损位置时使内源性细胞沿多层筒状基层的径向、轴向以及周向迁移；层间连接杆，设置在相邻的两层筒状基层之间，用于将多层筒状基层相互连接固定。
进一步地，筒状基层包括：多个环形圈，多个环形圈沿其轴心线方向相互间隔设置；多根环间连接杆，多根环间连接杆沿环形圈周向相互间隔设置以将多个环形圈相互连接；其中，各个环形圈与各根环间连接杆相互交错以形成筒状基层的网孔结构。
进一步地，多个环形圈之间相互平行。
进一步地，多个环形圈之间的间距相等。
进一步地，各根环间连接杆之间相互平行。
进一步地，各根环间连接杆之间的间距相等。
进一步地，层间连接杆为多根，多根层间连接杆沿环形圈周向间隔设置和/或多根层间连接杆沿环形圈轴向间隔设置。
进一步地，每根层间连接杆与其中一个环形圈共面；且每根层间连接杆与其中一根环间连接杆或者沿环形圈的径向相对的两根环间连接杆相交。
进一步地，骨缺损填充支架结构由磷酸三钙、羟基磷灰石、壳聚糖、胶原蛋白采用3D打印技术制成。
进一步地，骨缺损填充支架结构中添加有以下各种组织修复因子的至少之一：骨形态发生蛋白、血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子、转化生长因子-β、胶原、富血小板纤维蛋白、富血小板血浆。
应用本发明技术方案的骨缺损填充支架结构，包括：多层筒状基层，筒状基层上具有网孔结构，多层筒状基层逐层嵌套设置以在骨缺损填充支架结构植入骨缺损位置时使内源性细胞沿多层筒状基层的径向、轴向以及周向迁移；层间连接杆设置在相邻的两层筒状基层之间，用于将多层筒状基层相互连接固定。本发明的骨缺损填充支架结构减少了界壁遮挡，能够使内源性细胞沿多个方向自由迁移，加速细胞的浸润速度和数量，解决了现有技术中的支架结构存在界壁遮挡而影响细胞的浸润速度和数量的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有的骨缺损填充支架结构的示意图；
图2是根据本发明实施例可选的一种骨缺损填充支架结构的第一视角的结构示意图；
图3是根据本发明实施例可选的一种骨缺损填充支架结构的第二视角的结构示意图；
图4是根据本发明实施例可选的一种骨缺损填充支架结构在手术时的安装结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、筒状基层；11、环形圈；12、环间连接杆；20、层间连接杆；30、自体骨；40、固定支板；50、支架结构。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
根据本发明实施例，如图2和图3所示，提供了一种骨缺损填充支架结构，包括多层筒状基层10和层间连接杆20，筒状基层10上具有网孔结构，多层筒状基层10逐层嵌套设置以在骨缺损填充支架结构植入骨缺损位置时使内源性细胞沿多层筒状基层10的径向、轴向以及周向迁移；层间连接杆20设置在相邻的两层筒状基层10之间，用于将多层筒状基层10相互连接固定。
应用本发明实施例的骨缺损填充支架结构，包括：多层筒状基层10和层间连接杆20，筒状基层10上具有网孔结构，多层筒状基层10逐层嵌套设置以在骨缺损填充支架结构植入骨缺损位置时使内源性细胞沿多层筒状基层10的径向、轴向以及周向迁移；层间连接杆20设置在相邻的两层筒状基层10之间，用于将多层筒状基层10相互连接固定。本发明的骨缺损填充支架结构减少了界壁遮挡，能够使内源性细胞沿多个方向自由迁移，加速细胞的浸润速度和数量，解决了现有技术中的支架结构存在界壁遮挡而影响细胞的浸润速度和数量的问题。
具体实施时，筒状基层10包括：多个环形圈11和多根环间连接杆12，各个环形圈11的直径和粗细均相同，多个环形圈11沿其轴心线方向相互间隔设置，每根环间连接杆12沿环形圈11的轴向延伸设置，多根环间连接杆12沿环形圈11周向相互间隔一定的间距布置并与多个环形圈11相互连接，各个环形圈11与各根环间连接杆12相互交错以形成筒状基层10的网孔结构。
为了保证网孔结构的形状和大小均相同且分布均匀，进一步地，各个环形圈11之间相互平行且各个环形圈11的轴心线共线，多个环形圈11之间的间距相等；各根环间连接杆12之间相互平行且各根环间连接杆12之间的间距相等。从而使筒状基层10的网孔结构形状和大小均相同，且所有网孔结构呈矩阵状均匀布置。
筒状基层10的环形圈11和环间连接杆12以及层间连接杆20的规格大小以及数量均可根据实际情况调整，从而构建不同密度、不同孔隙率的支架结构。
当骨缺损填充支架结构植入骨缺损位置时，内源性细胞首先沿骨缺损填充支架结构的径向通过筒状基层10上的网孔结构住逐层进入骨缺损填充支架结构，与此同时，内源性细胞在到达相邻的两层筒状基层10后会沿骨缺损填充支架结构的轴向和周向在层间迁移生长并最终迁移生长到骨缺损填充支架结构的中心以将整个骨缺损填充支架结构内部的空隙全部填充满，该结构增大了与组织的接触面积，从而有效提高细胞的浸润速度。
为了增强本实施例的骨缺损填充支架结构的整体稳定性，进一步地，层间连接杆20为多根，多根层间连接杆20沿环形圈11周向间隔设置和/或多根层间连接杆20沿环形圈11轴向间隔设置；其中，每根层间连接杆20与其中一个环形圈11共面；且，每根层间连接杆20与其中一根环间连接杆12或者沿环形圈11的径向相对的两根环间连接杆12相交，从而有效减小层间连接杆20对内源性细胞迁移阻碍的作用，加速细胞的迁移浸润速度和数量。
进一步地，本实施例的骨缺损填充支架结构由磷酸三钙、羟基磷灰石、壳聚糖、胶原蛋白的混合材料采用3D打印技术制成，其中上述材料的混合比例为3：1：1：1。上述材料为可降解材料，在植入骨缺损位置后会逐渐降解，随之被迁移声场的组织细胞替代，最终达到修复缺损器官的目的。本实施例的骨缺损填充支架结构在具体制造过程中采用上述混合材料通过3D打印的方式由内层向外层逐层打印，从而打印成一体式的支架结构。
为了提高支架结构的生物活性，使细胞容易迁移和附着，进一步地，骨缺损填充支架结构中添加有以下各种组织修复因子的至少之一：骨形态发生蛋白(BMP)、血管内皮生长因子(VEGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、转化生长因子-β(TGF-β)、胶原、富血小板纤维蛋白(PRF)、富血小板血浆(PRP)。
骨形态发生蛋白可诱导机体间充质干细胞分化为骨、软骨、韧带、肌腱和神经组织；血管内皮生长因子能够诱导血管新生；成纤维细胞生长因子能够促进新血管形成，并参与组织修复；转化生长因子-β能够调节细胞生长和分化；胶原能够介导细胞迁移和发育；富血小板纤维蛋白或富血小板血浆中富含多种生长因子，能够促进骨损伤修复。
本实施例的骨缺损填充支架结构可以通过外科手术植入缺损部位，替代缺损组织器官，具体地，如图4所示，在手术过程中，通过固定支板40将缺损的自体骨30的两端固定，随后根据缺损处的形状将本实施例的支架结构50的外形加工成与缺损处的形状相匹配的外形，随后将本实施例的支架结构50植入缺损部位即可。
由于本实施例的支架结构50有一定的孔隙，内源性细胞可以沿着孔隙由外向内、层间向上、向下、向左、向右5个方向迁移至支架结构的中心,增加了与组织的接触面积，从而提高细胞浸润速度，支架结构50随之逐渐被降解，直至完全被新生组织替代，达到修复缺损器官的目的；另外，该支架结构可以复合多种生长因子，可提高其生物活性，利于细胞附着和迁移；最后，该支架结构的孔径、孔隙率可调，可打印成各种规格的组织器官，极大的扩展了该结构的应用范围。
本实施例的骨缺损填充支架结构的孔隙紧结构靠外围组织,消除了传统打印结构的界壁阻挡，同时具有良好的生物活性，植入体内后，可以迅速促进内源性细胞浸润进而修复缺损组织器官。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种骨缺损填充支架结构，其特征在于，包括：
多层筒状基层(10)，所述筒状基层(10)上具有网孔结构，多层所述筒状基层(10)逐层嵌套设置以在所述骨缺损填充支架结构植入骨缺损位置时使内源性细胞沿多层所述筒状基层(10)的径向、轴向以及周向迁移；
层间连接杆(20)，设置在相邻的两层所述筒状基层(10)之间，用于将多层所述筒状基层(10)相互连接固定。
2.根据权利要求1所述的骨缺损填充支架结构，其特征在于，所述筒状基层(10)包括：
多个环形圈(11)，多个所述环形圈(11)沿其轴心线方向相互间隔设置；
多根环间连接杆(12)，多根所述环间连接杆(12)沿所述环形圈(11)周向相互间隔设置以将多个所述环形圈(11)相互连接；
其中，各个所述环形圈(11)与各根所述环间连接杆(12)相互交错以形成所述筒状基层(10)的网孔结构。
3.根据权利要求2所述的骨缺损填充支架结构，其特征在于，多个所述环形圈(11)之间相互平行。
4.根据权利要求3所述的骨缺损填充支架结构，其特征在于，多个所述环形圈(11)之间的间距相等。
5.根据权利要求2所述的骨缺损填充支架结构，其特征在于，各根所述环间连接杆(12)之间相互平行。
6.根据权利要求5所述的骨缺损填充支架结构，其特征在于，各根所述环间连接杆(12)之间的间距相等。
7.根据权利要求2所述的骨缺损填充支架结构，其特征在于，所述层间连接杆(20)为多根，多根所述层间连接杆(20)沿所述环形圈(11)周向间隔设置和/或多根所述层间连接杆(20)沿所述环形圈(11)轴向间隔设置。
8.根据权利要求7所述的骨缺损填充支架结构，其特征在于，每根所述层间连接杆(20)与其中一个所述环形圈(11)共面；且每根所述层间连接杆(20)与其中一根所述环间连接杆(12)或者沿所述环形圈(11)的径向相对的两根环间连接杆(12)相交。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的骨缺损填充支架结构，其特征在于，所述骨缺损填充支架结构由磷酸三钙、羟基磷灰石、壳聚糖、胶原蛋白采用3D打印技术制成。
10.根据权利要求9所述的骨缺损填充支架结构，其特征在于，所述骨缺损填充支架结构中添加有以下各种组织修复因子的至少之一：
骨形态发生蛋白、血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子、转化生长因子-β、胶原、富血小板纤维蛋白、富血小板血浆。
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