阅读说明：本技术 自体成骨细胞3d生物复合打印颅骨骨瓣修复新西兰兔颅骨缺损模型的方法 (Method for repairing skull defect model of New Zealand rabbit by self osteoblast 3D biological composite printing skull flap ) 是由 孙鹏 邓文帅 董作祥 于 2020-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了自体成骨细胞3D生物复合打印颅骨骨瓣修复新西兰兔颅骨缺损模型的方法,属于颅骨修复技术领域。该自体成骨细胞3D生物复合打印颅骨骨瓣修复新西兰兔颅骨缺损模型的方法,使打印的颅骨瓣精密个体化,达到颅骨力学要求,同时使细胞在支架立体空间中均匀分布,维持细胞正常营养及代谢,保证细胞活性,将打印好的仿真颅骨瓣即时移植修复新西兰兔颅骨缺损模型,应用组织病理学、细胞免疫学及影像学等方法检测成骨细胞活性、支架结构变化、颅骨瓣与骨缘融合情况等,目的为颅骨缺损修补探索一种全新的生物材料,为临床颅骨缺损修补建立新的治疗模式,同时也为将来3D生物多材料、多细胞的机体器官打印提供重要的实验基础和理论依据。(The invention discloses a method for repairing a new zealand rabbit skull defect model by using an autologous osteoblast 3D biological composite printing skull flap, and belongs to the technical field of skull repair. The method for repairing the skull defect model of the New Zealand rabbit by the autologous osteoblast 3D biological composite printing skull flap has the advantages that the printed skull flap is precisely individualized to meet the mechanical requirements of the skull, the cells are uniformly distributed in the three-dimensional space of the bracket, the normal nutrition and metabolism of the cells are maintained, the activity of the cells is ensured, the printed simulated skull flap is immediately transplanted to repair the skull defect model of the New Zealand rabbit, the methods of histopathology, cellular immunology, imaging and the like are applied to detect the osteoblast activity, the structural change of the bracket, the fusion condition of the skull flap and the bone margin and the like, the aim is to explore a brand new biomaterial for repairing the skull defect, a new treatment mode is established for clinical skull defect repair, and important experimental basis and theoretical basis are provided for printing of organism organs of 3D biological multi-materials and multi-cells in the future.)

自体成骨细胞3D生物复合打印颅骨骨瓣修复新西兰兔颅骨缺 损模型的方法

技术领域

本发明属于颅骨修复技术领域，具体为自体成骨细胞3D生物复合打印颅骨骨瓣修复新西兰兔颅骨缺损模型的方法。

背景技术

颅骨缺损是指因颅脑损伤、颅骨肿瘤及其它颅脑手术等造成颅骨残缺，而出现的一系列临床症状的疾病，是神经外科病人伤后及术后较常见的后遗症，每年因交通事故和意外所致的颅骨缺损患者超过300万人，随着经济水平的不断增长及各项事业的不断发展，人民群众预期寿命增加，使颅脑损伤、脑血管病、脑肿瘤的发生率和检出率逐年增加，由此造成颅骨缺损的发生率也有逐年增加的趋势。

(1)在对新西兰兔颅骨缺损的部位进行修复时，目前最常用的颅骨修补材料为钛合金网架，由于其具有较强的力学性能及较好的组织相容性被广泛应用，但钛网目前大多依靠进口，价格昂贵，制作过程复杂，其制作过程首先利用患者CT扫描数据建立颅骨缺损三维头颅模型，制作出树脂模型，在模型上对钛合金网架进行手工弯曲加工，操作复杂、塑形时间长、结构对合不严密，同时，修复效果主要取决于医生的临床经验和技术水平，不可进行个性化加工成形，存在较大的不确定性结构难以与新西兰兔缺损完美匹配而影响颅骨正常生长等缺点。

(2)3D打印技术只能进行单纯的骨组织工程支架打印，并未携带细胞同时打印，非降解仿真颅骨仅作为颅骨缺损的填充材料，无法与自体骨融为一体，可降解仿真颅骨在体内逐渐被降解、吸收并排出，但诱导生成的新生骨无法完全修复缺损位置，难以达到颅骨的结构及力学要求，形成骨的畸形愈合甚至骨不连等，是应用仿真颅骨治疗颅骨缺损亟需解决的一大难题。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了自体成骨细胞3D生物复合打印颅骨骨瓣修复新西兰兔颅骨缺损模型的方法，解决了3D打印技术只能进行单纯的骨组织工程支架打印，并未携带细胞同时打印，非降解仿真颅骨仅作为颅骨缺损的填充材料，无法与自体骨融为一体，采用钛合金网架修复对对钛合金网架进行手工弯曲加工，操作复杂、塑形时间长、结构对合不严密，同时，修复效果主要取决于医生的临床经验和技术水平，不可进行个性化加工成形的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：自体成骨细胞3D生物复合打印颅骨骨瓣修复新西兰兔颅骨缺损模型的方法，所述原料制备的方法包括以下步骤：

S1、首先在新西兰兔取出自体骨，分离、培养成骨细胞作为种子细胞备用，将羟基磷灰石粉末与聚己内酯按质量比为1.2：1的比例进行充分混合，得到预处理的3D打印粉末材料。

S2、在上述中制备预处理的3D打印粉末材料与磷酸溶液进行充分混合，即可制备成预处理的3D打印混合材料。

S3、将制备的预处理的3D打印粉末材料与预处理的3D打印混合材料通过磷酸溶液混合后并且在零下18℃-零下25℃的环境下进行储存待用，即可制成3D打印初始材料。

作为本发明的进一步方案：所述3D模型的建立的步骤如下：

S1、将采用3D扫描仪对新西兰兔头部的缺损病变部位进行实体扫描，得到新西兰兔头部影像的三维数据并且进行记录。

S2、其次采用建模软件进行3D建模，将S1中新西兰兔头部影像的三维数据导入建模软件，通过建模软件将数据进行处理并且得到3D立体架构。

作为本发明的进一步方案：所述3D打印的步骤如下：

S1、在3D打印初始材料中植入种子细胞时需要种子细胞打印到三维结构中，将新西兰兔自体成骨细胞分别与琼脂糖、甲基纤维素或藻酸盐与热可逆凝胶材料混合，通过打印机能将细胞悬液在热可逆凝胶表面精确定位并打印，细胞在一层凝胶上打印完成后，再覆盖上一层新的材料并使之固化，上述过程的不断重复，可得到一个细胞三维结构体，即细胞基质材料混合物。

S2、将3D立体模型的三维数据导入3D打印设备中，将上述储存的3D打印初始材料及上述细胞基质材料混合物导入3D打印设备中，在零下25℃的环境下进行打印作业。

S3、在3D打印的过程中，由计算机控制下，将细胞基质材料混合物按预先设计的模型逐层打印出来，形成特定的三维结构，打印完成后再对其进行化学交联，以维持三维结构长时间的稳定性，即可制成自体成骨细胞三维支架结构的骨瓣。

S4、然后将自体成骨细胞三维支架结构的骨瓣植入新西兰兔颅骨缺损部位，在生物材料逐步降解的同时，种植的种子细胞不断增殖、分化生成骨组织，新生成的骨组织可以与缺损部位完美融合，即可完成缺损修复。

作为本发明的进一步方案：所述预处理的3D打印粉末材料与磷酸溶液的质量比为1:1.2。

作为本发明的进一步方案：所述建模软件为3DMax，所述3D打印机采用静电纺丝技术，静电纺丝技术是使材料分子带电喷射拉伸成丝的方法，也是目前唯一能够连续制备纳米纤维的方法。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：该自体成骨细胞3D生物复合打印颅骨骨瓣修复新西兰兔颅骨缺损模型的方法，本方案采用自体成骨细胞 3D生物打印联合静电纺丝技术，同层输出、多层打印，构建仿真颅骨瓣，使打印的颅骨瓣精密个体化，达到颅骨力学要求，同时，使细胞在支架立体空间中均匀分布，维持细胞正常营养及代谢，保证细胞活性，将打印好的仿真颅骨瓣即时移植修复新西兰兔颅骨缺损模型，应用组织病理学、细胞免疫学及影像学等方法检测成骨细胞活性、支架结构变化、颅骨瓣与骨缘融合情况等，目的在于为颅骨缺损修补探索一种全新的生物材料，为临床颅骨缺损修补建立新的治疗模式，同时也为将来3D生物多材料、多细胞的机体器官打印提供重要的实验基础和理论依据。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

本发明提供一种技术方案：自体成骨细胞3D生物复合打印颅骨骨瓣修复新西兰兔颅骨缺损模型的方法，所述原料制备的方法包括以下步骤：

S1、首先在新西兰兔取出自体骨，分离、培养成骨细胞作为种子细胞备用，将羟基磷灰石粉末与聚己内酯按质量比为1.2：1的比例进行充分混合，得到预处理的3D打印粉末材料。

S2、在上述中制备预处理的3D打印粉末材料与磷酸溶液进行充分混合，即可制备成预处理的3D打印混合材料。

S3、将制备的预处理的3D打印粉末材料与预处理的3D打印混合材料通过磷酸溶液混合后并且在零下18℃-零下25℃的环境下进行储存待用，即可制成3D打印初始材料。

所述3D模型的建立的步骤如下：

S1、将采用3D扫描仪对新西兰兔头部的缺损病变部位进行实体扫描，得到新西兰兔头部影像的三维数据并且进行记录。

S2、其次采用建模软件进行3D建模，将S1中新西兰兔头部影像的三维数据导入建模软件，通过建模软件软件将数据进行处理并且得到3D立体架构。

所述3D打印的步骤如下：

S1、在3D打印初始材料中植入种子细胞时需要种子细胞打印到三维结构中，将新西兰兔自体成骨细胞分别与琼脂糖、甲基纤维素或藻酸盐与热可逆凝胶材料混合，通过打印机能将细胞悬液在热可逆凝胶表面精确定位并打印，细胞在一层凝胶上打印完成后，再覆盖上一层新的材料并使之固化，上述过程的不断重复，可得到一个细胞三维结构体，即细胞基质材料混合物。

S2、将3D立体模型的三维数据导入3D打印设备中，将上述储存的3D打印初始材料及上述细胞基质材料混合物导入3D打印设备中，在零下25℃的环境下进行打印作业。

S3、在3D打印的过程中，由计算机控制下，将细胞基质材料混合物按预先设计的模型逐层打印出来，形成特定的三维结构，打印完成后再对其进行化学交联，以维持三维结构长时间的稳定性，即可制成自体成骨细胞三维支架结构的骨瓣。

S4、然后将自体成骨细胞三维支架结构的骨瓣植入新西兰兔颅骨缺损部位，在生物材料逐步降解的同时，种植的种子细胞不断增殖、分化生成骨组织，新生成的骨组织可以与缺损部位完美融合，即可完成缺损修复。

所述预处理的3D打印粉末材料与磷酸溶液的质量比为1:1.2。

所述建模软件为3DMax，所述3D打印机采用静电纺丝技术，静电纺丝技术是使材料分子带电喷射拉伸成丝的方法，也是目前唯一能够连续制备纳米纤维的方法。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。