CN113768665A - 骨缺损修复支架及构建、制备方法、计算机可读存储介质、设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种骨缺损修复支架及构建、制备方法、计算机可读存储介质、设备，骨缺损修复支架包括骨缺损修复支架本体，骨缺损修复支架本体内设有分支前孔道、若干第一孔道和若干穿通孔道，所述分支前孔道贯通所述骨缺损修复支架本体，所述若干第一孔道以环形阵列方式设于所述分支前孔道的四周且在平行于所述分支前孔道的中心轴的方向上贯通所述骨缺损修复支架本体，所述穿通孔道在与所述分支前孔道的中心轴相交的方向上贯通所述骨缺损修复支架本体且与所述分支前孔道和所述第一孔道相通。本发明的骨缺损修复支架仿生性能强，成血管效果佳。
Description
技术领域
本发明属于骨修复技术领域，特别是涉及一种骨缺损修复支架及构建、制备方法、计算机可读存储介质、设备。
背景技术
骨缺损是指骨的结构完整性被破坏，其常见原因有创伤、感染、骨肿瘤、骨坏死等。目前临床上治疗开放性骨折、骨肿瘤等造成的大段骨缺损主要以填充修复为主。骨缺损发生率高、修复困难是临床治疗的难题，尤其是大块长骨骨缺更为棘手。目前常用的自体骨移植、异体骨移植、和生物支架移植，因来源受限、存在免疫排斥反应、生物活性差等问题，仍不足以解决骨缺损修复的问题。3D生物打印技术可根据骨缺损的形态学特定，定制个性化的骨缺损修复支架，并具有负载活细胞、生物活性因子等优势。但是，现有技术中的骨缺损修复支架的仿生性能较差，成血管作用有限。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种骨缺损修复支架及构建、制备方法、计算机可读存储介质、设备，该骨缺损修复支架仿生性能强，成血管效果佳。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种骨缺损修复支架，包括骨缺损修复支架本体，骨缺损修复支架本体内设有分支前孔道、若干第一孔道和若干穿通孔道，所述分支前孔道贯通所述骨缺损修复支架本体，所述若干第一孔道以环形阵列方式设于所述分支前孔道的四周且在平行于所述分支前孔道的中心轴的方向上贯通所述骨缺损修复支架本体，所述穿通孔道在与所述分支前孔道的中心轴相交的方向上贯通所述骨缺损修复支架本体且与所述分支前孔道和所述第一孔道相通。
本发明第二方面提供上述骨缺损修复支架模型的构建方法，包括如下步骤：
1)构建骨三维模型；
2)确定骨缺损范围，在所述骨三维模型上以所述骨缺损范围作为初始骨缺损修复支架模型；
3)以初始骨缺损修复支架模型的外轮廓为基准，构建分支前孔道、若干第一孔道和若干穿通孔道，所述分支前孔道贯通所述初始骨缺损修复支架模型，所述若干第一孔道以环形阵列方式设于所述分支前孔道的四周且在平行于所述分支前孔道的中心轴的方向上贯通所述初始骨缺损修复支架模型，所述穿通孔道在与所述分支前孔道的中心轴相交的方向上贯通所述初始骨缺损修复支架模型且与所述分支前孔道和所述第一孔道相通，从而获得所述骨缺损修复支架模型。
本发明第三方面提供上述骨缺损修复支架的制备方法，所述制备方法包括：根据上述骨缺损修复支架模型的构建方法构建获得骨缺损修复支架模型，制备骨缺损修复支架。
本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述骨缺损修复支架模型的构建方法的步骤，或上述骨缺损修复支架的制备方法的步骤。
本发明第五方面提供一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行上述骨缺损修复支架模型的构建方法的步骤，或上述骨缺损修复支架的制备方法的步骤。
本发明第六方面提供一种骨缺损修复支架的使用方法，包括如下步骤：
1)向所述骨缺损修复支架中所述分支前孔道、所述第一孔道和所述穿通孔道内灌注选自细胞、混有细胞的水凝胶和混有细胞和细胞因子的水凝胶中的一种；
2)将步骤1)得到的所述骨缺损修复支架放置于骨缺损处。
如上所述，本发明至少具有以下有益效果之一：
1)本发明的骨缺损修复支架仿生性能强，成血管效果佳。
2)使用高分子材料打印，可提供力学支撑。
3)使用混有细胞和/或细胞因子的水凝胶材料打印，整体支架具有更强的生物活性。
4)骨缺损修复支架孔隙率高，有助于骨缺损修复支架内细胞物质代谢。
5)骨缺损修复支架中分支前孔道的直径大于等于第一孔道的直径，第一孔道的直径大于等于穿通孔道和横向连接孔道的直径，具有生理上血管分级的特点，有助于骨缺损修复支架内细胞物质代谢。
6)3D生物打印骨缺损修复支架可根据骨缺损部位特点定制，个性化匹配。
附图说明
图1显示为本发明骨缺损修复支架的结构示意图一。
图2显示为本发明骨缺损修复支架的剖面结构示意图一。
图3显示为本发明骨缺损修复支架的结构示意图二。
图4显示为本发明骨缺损修复支架的结构示意图三。
图5显示为本发明骨缺损修复支架的剖面结构示意图二。
图6显示为本发明骨缺损修复支架的剖面结构示意图三。
图7显示为本发明骨缺损修复支架本体的结构示意图。
附图标记：
1 骨缺损修复支架本体
11 分支前孔道
12 第一孔道
13 穿通孔道
14 横向连接孔道
15 第一支架层
151 第一支架单元
16 第二支架层
161 第二支架单元
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图7。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
一种骨缺损修复支架，如图1所示，包括骨缺损修复支架本体1，所述骨缺损修复支架本体1内设有分支前孔道11、若干第一孔道12和若干穿通孔道13，所述分支前孔道11贯通所述骨缺损修复支架本体1，所述若干第一孔道12以环形阵列方式设于所述分支前孔道11的四周且在平行于所述分支前孔道11的中心轴的方向上贯通所述骨缺损修复支架本体1，所述穿通孔道13在与所述分支前孔道11的中心轴相交的方向上贯通所述骨缺损修复支架本体1且与所述分支前孔道11和所述第一孔道12相通。
所述分支前孔道11内部具有血管功能，可为骨质内的细胞提供养分，带走代谢废物。所述第一孔道12内部具有血管功能，提供营养，带走代谢废物。所述穿通孔道13在与所述分支前孔道11的中心轴相交的方向上贯通所述骨缺损修复支架本体1且与所述分支前孔道11和所述第一孔道12相通，为连接所述分支前孔道11和所述第一孔道12的重要结构，具有血管功能，提供营养，带走代谢废物。该骨缺损修复支架具有分支前孔道11、第一孔道12和穿通孔道13，仿生性能强，具有更佳的成血管效果，进而为骨缺损修复支架内负载的成骨相关细胞提供养分，带走废物，促进成骨发生。
在一个优选的实施例中，所述骨缺损修复支架使用时，向所述骨缺损修复支架中所述分支前孔道11、所述第一孔道12和所述穿通孔道13内灌注选自细胞、混有细胞的水凝胶和混有细胞和细胞因子的水凝胶中的一种。
在一个优选的实施例中，所述细胞选自内皮细胞和内皮祖细胞中的至少一种。
在一个优选的实施例中，所述细胞因子为促血管生成因子。促血管生成因子可以为VEGF，PPGF-BB和CXCL-12中的至少一种。
在一个优选的实施例中，细胞浓度为106个/ml～108个/ml。
在一个优选的实施例中，细胞因子浓度为5ug/m～50ug/m。
在一个优选的实施例中，所述骨缺损修复支架的形状为圆柱体、立方体或与缺损骨组织的形状一致。
当所述骨缺损修复支架的形状具有中心轴时，所述分支前孔道11优选设于所述骨缺损修复支架本体1的中心轴上且在所述骨缺损修复支架本体1的中心轴方向上贯通所述骨缺损修复支架本体1。
在一个优选的实施例中，所述分支前孔道11的中心轴平行于骨的长轴方向。
在一个优选的实施例中，所述分支前孔道11与所述第一孔道12的直径差为0mm～1.5mm；所述第一孔道12与所述穿通孔道13的直径差为0mm～1.4mm。更优选地，所述分支前孔道11与所述第一孔道12的直径差大于0mm；所述第一孔道12与所述穿通孔道13的直径差大于0mm。所述该骨缺损修复支架具有不同直径的各级管道即分支前孔道11、第一孔道12和穿通孔道13，模拟生理结构，更加符合生理特点，成血管效果更佳。
在一个优选的实施例中，所述分支前孔道11的直径为1mm～2mm。
在一个优选的实施例中，所述第一孔道12的直径为0.5mm～1.5mm。
在一个优选的实施例中，所述穿通孔道13的直径为0.1mm～1.0mm。
以上各孔道直径的设计模拟生理结构，更加符合生理特点，成血管效果更佳。
在一个优选的实施例中，所述若干第一孔道12呈一级或多级同心圆分布，同心圆的圆心在所述分支前孔道11的中心轴上。如图2所示为若干第一孔道呈两级同心圆分布，穿通孔道13与分支前孔道11和一级和/或两级的第一孔道12相通。
在一个优选的实施例中，每级同心圆分布的第一孔道12的个数为2～20个。
在一个优选的实施例中，离所述分支前孔道11最近的第一孔道12和所述分支前孔道11之间的最短距离为0.1～2mm。
在一个优选的实施例中，相邻级第一孔道12之间的最短距离为0.1～2mm。
在一个优选的实施例中，所述若干穿通孔道13在所述分支前孔道11的中心轴方向的不同高度上呈一级或多级分布，如图3所示为两级分布，其中，每级分布的穿通孔道的中心轴在同一平面上，各级穿通孔道的中心轴所在的平面平行；如图4所示为三级分布，其中，每级分布的穿通孔道的中心轴在同一平面上，各级穿通孔道的中心轴所在的平面平行。
在一个优选的实施例中，相邻级分布的穿通孔道13的间距为0.2mm～3mm。相邻级分布的穿通孔道的中心轴所在的平面平行，间距为平行平面的垂直距离。
在一个优选的实施例中，所述穿通孔道13与垂直于所述分支前孔道11的中心轴方向的夹角为-45°～+45°。
上述若干穿通孔道13多级分布使骨缺损修复支架内部交通更加充分。
在一个优选的实施例中，如图5和图6所示，所述骨缺损修复支架还包括若干横向连接孔道14，所述横向连接孔道14连接相邻的第一孔道12。
在一个优选的实施例中，所述若干横向连接孔道14在所述分支前孔道11的中心轴方向的不同高度上呈一级或多级分布，在同一级上设有一个或两个以上横向连接孔道14，如图5和图6所示为两级分布，其中，每级分布的横向连接孔道的中心轴在同一平面上，各级横向连接孔道的中心轴所在的平面平行。
在一个优选的实施例中，相邻级分布的横向连接孔道14的间距为0.2mm～3mm。相邻级分布的横向连接孔道的中心轴所在的平面平行时，间距为平行平面的垂直距离。
在一个优选的实施例中，每级第一孔道12设有至少一个横向连接孔道14连接相邻的第一孔道12。
在一个优选的实施例中，所述横向连接孔道14与垂直于所述分支前孔道11的中心轴方向的夹角为-45°～+45°。
在一个优选的实施例中，所述第一孔道12与所述横向连接孔道14的直径差为0mm～1.4mm。
在一个优选的实施例中，所述横向连接孔道14的直径为0.1mm～1.0mm。
上述若干横向连接孔道14多级分布使骨缺损修复支架内部交通更加充分。
在一个优选的实施例中，所述骨缺损修复支架使用时，向所述横向连接孔道14内灌注选自细胞、混有细胞的水凝胶和混有细胞和细胞因子的水凝胶中的一种。
在一个优选的实施例中，所述细胞选自内皮细胞和内皮祖细胞中的至少一种。
在一个优选的实施例中，所述细胞因子为促血管生成因子。促血管生成因子可以为VEGF，PPGF-BB和CXCL-12中的至少一种。
在一个优选的实施例中，细胞浓度为106个/ml～108个/ml。
在一个优选的实施例中，细胞因子浓度为5ug/m～50ug/m。
在一个优选的实施例中，如图7所示，所述骨缺损修复本体1包括若干交替设置的第一支架层15和第二支架层16，所述第一支架层15包括若干平行的第一支架单元151，所述第二支架层16包括若干平行的第二支架单元161，所述第一支架单元151与所述第二支架单元161交叉形成微孔。
在一个优选的实施例中，不同层的第一支架单元151平行排布。
在一个优选的实施例中，不同层的第二支架单元161平行排布。
在一个优选的实施例中，同一层中相邻第一支架单元的间距为0.1mm～0.5mm；同一层中相邻第二支架单元的间距为0.1mm～0.5mm。
在一个优选的实施例中，第一支架单元为圆柱形，直径为0.1mm～0.4mm；第二支架单元为圆柱形，直径为0.1mm～0.4mm。
上述平行关系为打印设置的关系。第一支架单元的直径和第二支架单元的直径为打印设置的直径。
在一个优选的实施例中，相邻层中第一支架单元151与第二支架单元161交叉的角度α为60°～120°。
在一个优选的实施例中，所述第一支架单元151和所述第二支架单元161的材料选自如下之任一：
I：所述第一支架单元151和所述第二支架单元161的材料为高分子材料；
II：所述第一支架单元151和所述第二支架单元161的材料为混有细胞和/或细胞因子的水凝胶；
III：所述第一支架单元151的材料为高分子材料，所述第二支架单元161的材料为混有细胞和/或细胞因子的水凝胶；
IV：在所述第一支架层15内，第一支架单元的材料为高分子材料和混有细胞和/或细胞因子的水凝胶；在所述第二支架层16内，第二支架单元的材料为高分子材料和混有细胞和/或细胞因子的水凝胶。即在所述第一支架层15内，部分第一支架单元的材料为高分子材料，部分第一支架单元的材料为混有细胞和/或细胞因子的水凝胶；在所述第二支架层16内，部分第二支架单元的材料为高分子材料，部分第二支架单元的材料为混有细胞和/或细胞因子的水凝胶。
在一个优选的实施例中，所述高分子材料选自聚己内酯、聚乙交酯、聚丙交酯、乙交酯-丙交酯共聚物、左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸、聚乳酸乙醇酸共聚物、聚乳酸聚己内酯共聚物和聚乳酸聚三亚甲基碳酸酯共聚物中的至少一种。所述高分子材料为支撑材料，为骨缺损修复支架提供必要的力学支撑。
在一个优选的实施例中，所述混有细胞和/或细胞因子的水凝胶中水凝胶选自海藻酸盐、明胶、基质胶、胶原、壳聚糖、纤维蛋白、聚乙二醇、甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸化水凝胶中的至少一种。
在一个优选的实施例中，所述细胞选自骨髓间充质干细胞、间充质干细胞、成骨细胞和成骨祖细胞中的至少一种。
在一个优选的实施例中，所述混有细胞和/或细胞因子的水凝胶中细胞浓度为106个/ml～108个/ml。
在一个优选的实施例中，所述细胞因子选自骨形态发生蛋白2、骨形态发生蛋白-4、骨形态发生蛋白-7、血清碱性磷酸酶、骨桥蛋白、RUNX2和骨钙素中的至少一种。
在一个优选的实施例中，所述混有细胞和/或细胞因子的水凝胶中细胞因子浓度为5ug/ml～50ug/ml。
所述的骨缺损修复支架的使用方法，包括如下步骤：
1)向所述骨缺损修复支架中所述分支前孔道11、所述第一孔道12和所述穿通孔道13内灌注选自细胞、混有细胞的水凝胶和混有细胞和细胞因子的水凝胶中的一种；
2)将步骤1)得到的所述骨缺损修复支架放置于骨缺损处。
在一个优选的实施例中，步骤1)中，所述细胞选自内皮细胞和内皮祖细胞中的至少一种。
在一个优选的实施例中，步骤1)中，细胞浓度为106个/ml～108个/ml。
在一个优选的实施例中，步骤1)中，所述细胞因子为促血管生成因子。促血管生成因子可以为VEGF，PPGF-BB和CXCL-12中的至少一种。
在一个优选的实施例中，步骤1)中，细胞因子浓度为5ug/m～50ug/m。
在一个优选的实施例中，步骤1)中，所述使用方法还包括：向所述横向连接孔道14内灌注选自细胞、混有细胞的水凝胶和混有细胞和细胞因子的水凝胶中的一种。
在一个优选的实施例中，所述细胞选自内皮细胞和内皮祖细胞中的至少一种。
在一个优选的实施例中，细胞浓度为106个/ml～108个/ml。
在一个优选的实施例中，所述细胞因子为促血管生成因子。促血管生成因子可以为VEGF，PPGF-BB和CXCL-12中的至少一种。
在一个优选的实施例中，细胞因子浓度为5ug/m～50ug/m。
本发明第二方面提供上述骨缺损修复支架模型的构建方法，包括如下步骤：
1)构建骨三维模型；
所述骨三维模型通常包括各组织的模型，例如，所述模型可以包括皮肤、骨骼、血管、神经和病变部位(例如，肿瘤)等组织的模型，所述模型可以反映出个体(例如，患者)的皮肤表面形状和位置等，还可以反映出个体的骨骼形状和位置等，还可以反映出个体的血管、神经等组织的形状和位置等，还可以反映出个体中肿瘤的形状、位置、以及其肿瘤的具体参数等(例如，体积等)。所述骨三维模型通常可以根据CT数据和/或MRI数据进行构建，构建过程中可以将数据导入E3D等三维重建设计软件等软件，并进行配准融合，从而构建所述骨三维模型；
2)确定骨缺损范围，在所述骨三维模型上以所述骨缺损范围作为初始骨缺损修复支架模型；或者，确定切除范围，在所述骨三维模型上模拟切除得到切除后的骨三维模型，并以切除部分作为初始骨缺损修复支架模型；
确定切除范围时，通常在模型中选定肿瘤病变活性最强的部位(例如，肿瘤病变范围内代谢最活跃的区域)，作为切除目标，在模型中确定位置和大小。本领域技术人员可选择合适大小和形状进行切除；
3)以初始骨缺损修复支架模型的外轮廓为基准，构建分支前孔道、若干第一孔道和若干穿通孔道，所述分支前孔道贯通所述初始骨缺损修复支架模型，所述若干第一孔道以环形阵列方式设于所述分支前孔道的四周且在平行于所述分支前孔道的中心轴的方向上贯通所述初始骨缺损修复支架模型，所述穿通孔道在与所述分支前孔道的中心轴相交的方向上贯通所述初始骨缺损修复支架模型且与所述分支前孔道和所述第一孔道相通，从而获得所述骨缺损修复支架模型。
在一个优选的实施例中，步骤1)中，由CT数据和/或MRI数据构建所述骨三维模型。
在一个优选的实施例中，步骤3)中，构建分支前孔道的中心轴平行于骨的长轴方向。
在一个优选的实施例中，步骤3)中，构建分支前孔道与第一孔道的直径差为0mm～1.5mm；构建第一孔道与穿通孔道的直径差为0mm～1.4mm。
在一个优选的实施例中，步骤3)中，构建分支前孔道的直径为1mm～2mm。
在一个优选的实施例中，步骤3)中，构建第一孔道的直径为0.5mm～1.5mm。
在一个优选的实施例中，步骤3)中，构建穿通孔道的直径为0.1mm～1.0mm。
在一个优选的实施例中，步骤3)中，构建若干第一孔道呈一级或多级同心圆分布，同心圆的圆心在所述分支前孔道的中心轴上。
在一个优选的实施例中，构建每级同心圆分布的第一孔道的个数为2～20个。
在一个优选的实施例中，构建离所述分支前孔道最近的第一孔道和所述分支前孔道之间的最短距离为0.1～2mm。
在一个优选的实施例中，相邻级第一孔道之间的最短距离为0.1～2mm。
在一个优选的实施例中，步骤3)中，构建若干穿通孔道在所述分支前孔道的中心轴方向的不同高度上呈一级或多级分布。
在一个优选的实施例中，构建相邻级分布的穿通孔道的间距为0.2mm～3mm。
在一个优选的实施例中，步骤3)中，构建穿通孔道与垂直于所述分支前孔道的中心轴方向的夹角为-45°～+45°。
在一个优选的实施例中，步骤3)中，构建若干横向连接孔道：横向连接孔道连接相邻的第一孔道。
在一个优选的实施例中，构建所述若干横向连接孔道在所述分支前孔道的中心轴方向的不同高度上呈一级或多级分布，在同一级上设有一个或两个以上横向连接孔道。
在一个优选的实施例中，构建相邻级分布的横向连接孔道的间距为0.2mm～3mm。
在一个优选的实施例中，构建每级第一孔道设有至少一个横向连接孔道连接相邻的第一孔道。
在一个优选的实施例中，构建横向连接孔道与垂直于所述分支前孔道的中心轴方向的夹角为-45°～+45°。
在一个优选的实施例中，构建第一孔道与横向连接孔道的直径差为0mm～1.4mm。
在一个优选的实施例中，构建横向连接孔道的直径为0.1mm～1.0mm。
在一个优选的实施例中，步骤3)中，在构建分支前孔道、若干第一孔道和若干穿通孔道之前，构建若干交替设置的第一支架层模型和第二支架层模型，所述第一支架层模型包括若干平行的第一支架单元模型，所述第二支架层模型包括若干平行的第二支架单元模型，第一支架单元模型与第二支架单元模型交叉形成微孔。
在一个优选的实施例中，构建不同层的第一支架单元模型平行排布。
在一个优选的实施例中，构建不同层的第二支架单元模型平行排布。
在一个优选的实施例中，构建同一层中相邻第一支架单元模型的间距为0.1～0.5mm；构建同一层中相邻第二支架单元模型的间距为0.1～0.5mm。
在一个优选的实施例中，构建第一支架单元模型的形状为圆柱形，直径为0.1～0.4mm；构建第二支架单元模型的形状为圆柱形，直径为0.1～0.4mm。
在一个优选的实施例中，构建相邻层中第一支架单元模型与第二支架单元模型交叉的角度α为60～120°。
在一个优选的实施例中，步骤3)中，当所述初始骨缺损修复支架模型具有中心轴时，构建所述分支前孔道设于所述初始骨缺损修复支架模型的中心轴上且在所述初始骨缺损修复支架模型的中心轴方向上贯通所述所述初始骨缺损修复支架模型。
本发明第三方面提供上述骨缺损修复支架的制备方法，所述制备方法包括：根据上述骨缺损修复支架模型的构建方法构建获得骨缺损修复支架模型，制备骨缺损修复支架。
在一个优选的实施例中，通过3D打印制备骨缺损修复支架，3D打印时使用1或2个喷头；当使用2个喷头时，一个喷头用于打印第一支架层，另一个喷头用于打印第二支架层，或者同一支架层内，2个喷头打印。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述骨缺损修复支架模型的构建方法的步骤，或如上述骨缺损修复支架的制备方法的步骤。
所述计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行如上述骨缺损修复支架模型的构建方法的步骤，或如上述骨缺损修复支架的制备方法的步骤。
一种上述骨缺损修复支架的使用方法，包括如下步骤：
1)向所述骨缺损修复支架中所述分支前孔道11、所述第一孔道12和所述穿通孔道13内灌注选自细胞、混有细胞的水凝胶和混有细胞和细胞因子的水凝胶中的一种；
步骤1)中，在一个优选的实施例中，所述细胞选自内皮细胞和内皮祖细胞中的至少一种。
步骤1)中，在一个优选的实施例中，细胞浓度为106个/ml～108个/ml。
步骤1)中，在一个优选的实施例中，所述细胞因子为促血管生成因子。促血管生成因子可以为VEGF，PPGF-BB和CXCL-12中的至少一种。
步骤1)中，在一个优选的实施例中，细胞因子浓度为5ug/m～50ug/m。
步骤1)中，在一个优选的实施例中，所述使用方法还包括：向所述横向连接孔道14内灌注选自细胞、混有细胞的水凝胶和混有细胞和细胞因子的水凝胶中的一种。
在一个优选的实施例中，所述细胞选自内皮细胞和内皮祖细胞中的至少一种。
在一个优选的实施例中，所述细胞因子为促血管生成因子。促血管生成因子可以为VEGF，PPGF-BB和CXCL-12中的至少一种。
在一个优选的实施例中，细胞浓度为106个/ml～108个/ml。
在一个优选的实施例中，细胞因子浓度为5ug/m～50ug/m。
2)将步骤1)得到的所述骨缺损修复支架放置于骨缺损处。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (13)
1.一种骨缺损修复支架，其特征在于，包括骨缺损修复支架本体(1)，所述骨缺损修复支架本体(1)内设有分支前孔道(11)、若干第一孔道(12)和若干穿通孔道(13)，所述分支前孔道(11)贯通所述骨缺损修复支架本体(1)，所述若干第一孔道(12)以环形阵列方式设于所述分支前孔道(11)的四周且在平行于所述分支前孔道(11)的中心轴的方向上贯通所述骨缺损修复支架本体(1)，所述穿通孔道(13)在与所述分支前孔道(11)的中心轴相交的方向上贯通所述骨缺损修复支架本体(1)且与所述分支前孔道(11)和所述第一孔道(12)相通。
2.如权利要求1所述的骨缺损修复支架，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)所述骨缺损修复支架的形状为圆柱体、立方体或与缺损骨组织的形状一致；
2)所述分支前孔道(11)的中心轴平行于骨的长轴方向；
3)所述分支前孔道(11)与所述第一孔道(12)的直径差为0mm～1.5mm；所述第一孔道(12)与所述穿通孔道(13)的直径差为0mm～1.4mm；
4)所述分支前孔道(11)的直径为1mm～2mm；
5)所述第一孔道(12)的直径为0.5mm～1.5mm；
6)所述穿通孔道(13)的直径为0.1mm～1.0mm；
7)所述若干第一孔道(12)呈一级或多级同心圆分布，同心圆的圆心在所述分支前孔道(11)的中心轴上；
8)所述若干穿通孔道(13)在所述分支前孔道(11)的中心轴方向的不同高度上呈一级或多级分布；
9)所述穿通孔道(13)与垂直于所述分支前孔道(11)的中心轴方向的夹角为-45°～+45°；
10)所述骨缺损修复支架还包括若干横向连接孔道(14)，所述横向连接孔道(14)连接相邻的第一孔道(12)；
11)所述骨缺损修复本体(1)包括若干交替设置的第一支架层(15)和第二支架层(16)，所述第一支架层(15)包括若干平行的第一支架单元(151)，所述第二支架层(16)包括若干平行的第二支架单元(161)，所述第一支架单元(151)与所述第二支架单元(161)交叉形成微孔；
12)所述骨缺损修复支架使用时，向所述骨缺损修复支架中所述分支前孔道(11)、所述第一孔道(12)和所述穿通孔道(13)内灌注选自细胞、混有细胞的水凝胶和混有细胞和细胞因子的水凝胶中的一种；
13)当所述骨缺损修复支架的形状具有中心轴时，所述分支前孔道(11)设于所述骨缺损修复支架本体(1)的中心轴上且在所述骨缺损修复支架本体(1)的中心轴方向上贯通所述骨缺损修复支架本体(1)。
3.如权利要求2所述的骨缺损修复支架，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
a1)特征7)中，每级同心圆分布的第一孔道(12)的个数为2～20个；
a2)特征7)中，离所述分支前孔道(11)最近的第一孔道(12)和所述分支前孔道(11)之间的最短距离为0.1～2mm；
a3)特征7)中，相邻级第一孔道(12)之间的最短距离为0.1～2mm；
a4)特征8)中，相邻级分布的穿通孔道(13)的间距为0.2mm～3mm；
a5)特征10)中，所述若干横向连接孔道(14)在所述分支前孔道(11)的中心轴方向的不同高度上呈一级或多级分布，在同一级上设有一个或两个以上横向连接孔道(14)；
a6)特征10)中，所述横向连接孔道(14)与垂直于所述分支前孔道(11)的中心轴方向的夹角为-45°～+45°；
a7)特征10)中，所述第一孔道(12)与所述横向连接孔道(14)的直径差为0mm～1.4mm；a8)特征10)中，所述横向连接孔道(14)的直径为0.1mm～1.0mm；
a9)特征11)中，不同层的第一支架单元(151)平行排布；
a10)特征11)中，不同层的第二支架单元(161)平行排布；
a11)特征11)中，同一层中相邻第一支架单元的间距为0.1mm～0.5mm；同一层中相邻第二支架单元的间距为0.1mm～0.5mm；
a12)特征11)中，第一支架单元为圆柱形，直径为0.1mm～0.4mm；第二支架单元为圆柱形，直径为0.1mm～0.4mm；
a13)特征11)中，相邻层中第一支架单元(151)与第二支架单元(161)交叉的角度α为60°～120°；
a14)特征11)中，所述第一支架单元(151)和所述第二支架单元(161)的材料选自如下之任一：
I：所述第一支架单元(151)和所述第二支架单元(161)的材料为高分子材料；
II：所述第一支架单元(151)和所述第二支架单元(161)的材料为混有细胞和/或细胞因子的水凝胶；
III：所述第一支架单元(151)的材料为高分子材料，所述第二支架单元(161)的材料为混有细胞和/或细胞因子的水凝胶；
IV：在所述第一支架层(15)内，第一支架单元的材料为高分子材料和混有细胞和/或细胞因子的水凝胶；在所述第二支架层(16)内，第二支架单元的材料为高分子材料和混有细胞和/或细胞因子的水凝胶；
a15)特征12)中，所述细胞选自内皮细胞和内皮祖细胞中的至少一种；
a16)特征12)中，细胞浓度为106个/ml～108个/ml；
a17)特征12)中，所述细胞因子为促血管生成因子；
a18)特征12)中，细胞因子浓度为5ug/m～50ug/m。
4.如权利要求3所述的骨缺损修复支架，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：a51)特征a5)中，相邻级分布的横向连接孔道(14)的间距为0.2mm～3mm；
a52)特征a5)中，每级第一孔道(12)设有至少一个横向连接孔道(14)连接相邻的第一孔道(12)；
a53)特征a5)中，所述骨缺损修复支架使用时，向所述横向连接孔道(14)内灌注选自选自细胞、混有细胞的水凝胶和混有细胞和细胞因子的水凝胶中的一种；
a141)特征a14)中，所述高分子材料选自聚己内酯、聚乙交酯、聚丙交酯、乙交酯-丙交酯共聚物、左旋聚乳酸、外消旋聚乳酸、聚乳酸乙醇酸共聚物、聚乳酸聚己内酯共聚物和聚乳酸聚三亚甲基碳酸酯共聚物中的至少一种；
a142)特征a14)中，所述混有细胞和/或细胞因子的水凝胶中水凝胶选自海藻酸盐、明胶、基质胶、胶原、壳聚糖、纤维蛋白、聚乙二醇、甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸化水凝胶中的至少一种；
a143)特征a14)中，所述细胞选自骨髓间充质干细胞、间充质干细胞、成骨细胞和成骨祖细胞中的至少一种；
a144)特征a14)中，所述混有细胞和/或细胞因子的水凝胶中细胞浓度为106个/ml～108个/ml；
a145)特征a14)中，所述细胞因子选自骨形态发生蛋白2、骨形态发生蛋白-4、骨形态发生蛋白-7、血清碱性磷酸酶、骨桥蛋白、RUNX2和骨钙素中的至少一种；
a146)特征a14)中，所述混有细胞和/或细胞因子的水凝胶中细胞因子浓度为5ug/ml～50ug/ml。
5.如权利要求4所述的骨缺损修复支架，其特征在于，特征a53)中，还包括如下技术特征中的至少一项：
a531)所述细胞选自内皮细胞和内皮祖细胞中的至少一种；
a532)所述细胞因子为促血管生成因子；
a533)细胞浓度为106个/ml～108个/ml；
a534)细胞因子浓度为5ug/m～50ug/m。
6.如权利要求1至5任一项所述的骨缺损修复支架模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)构建骨三维模型；
2)确定骨缺损范围，在所述骨三维模型上以所述骨缺损范围作为初始骨缺损修复支架模型；
3)以初始骨缺损修复支架模型的外轮廓为基准，构建分支前孔道、若干第一孔道和若干穿通孔道，所述分支前孔道贯通所述初始骨缺损修复支架模型，所述若干第一孔道以环形阵列方式设于所述分支前孔道的四周且在平行于所述分支前孔道的中心轴的方向上贯通所述初始骨缺损修复支架模型，所述穿通孔道在与所述分支前孔道的中心轴相交的方向上贯通所述初始骨缺损修复支架模型且与所述分支前孔道和所述第一孔道相通，从而获得所述骨缺损修复支架模型。
7.如权利要求6所述的骨缺损修复支架模型的构建方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)步骤1)中，由CT数据和/或MRI数据构建所述骨三维模型；
2)步骤2)由如下步骤替换：确定切除范围，在所述骨三维模型上模拟切除得到切除后的骨三维模型，并以切除部分作为初始骨缺损修复支架模型；
3)步骤3)中，构建分支前孔道的中心轴平行于骨的长轴方向；
4)步骤3)中，构建分支前孔道与第一孔道的直径差为0mm～1.5mm；构建第一孔道与穿通孔道的直径差为0mm～1.4mm；
5)步骤3)中，构建分支前孔道的直径为1mm～2mm；
6)步骤3)中，构建第一孔道的直径为0.5mm～1.5mm；
7)步骤3)中，构建穿通孔道的直径为0.1mm～1.0mm；
8)步骤3)中，构建若干第一孔道呈一级或多级同心圆分布，同心圆的圆心在所述分支前孔道的中心轴上；
9)步骤3)中，构建若干穿通孔道在所述分支前孔道的中心轴方向的不同高度上呈一级或多级分布；
10)步骤3)中，构建穿通孔道与垂直于所述分支前孔道的中心轴方向的夹角为-45°～+45°；
11)步骤3)中，构建若干横向连接孔道：横向连接孔道连接相邻的第一孔道；
12)步骤3)中，在构建分支前孔道、若干第一孔道和若干穿通孔道之前，构建若干交替设置的第一支架层模型和第二支架层模型，所述第一支架层模型包括若干平行的第一支架单元模型，所述第二支架层模型包括若干平行的第二支架单元模型，第一支架单元模型与第二支架单元模型交叉形成微孔；
13)步骤3)中，当所述初始骨缺损修复支架模型具有中心轴时，构建所述分支前孔道设于所述初始骨缺损修复支架模型的中心轴上且在所述初始骨缺损修复支架模型的中心轴方向上贯通所述所述初始骨缺损修复支架模型。
8.如权利要求7所述的骨缺损修复支架模型的构建方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
81)特征8)中，构建每级同心圆分布的第一孔道的个数为2～20个；
82)特征8)中，构建离所述分支前孔道最近的第一孔道和所述分支前孔道之间的最短距离为0.1～2mm；
83)特征8)中，相邻级第一孔道之间的最短距离为0.1～2mm；
91)特征9)中，构建相邻级分布的穿通孔道的间距为0.2mm～3mm；
111)特征11)中，构建所述若干横向连接孔道在所述分支前孔道的中心轴方向的不同高度上呈一级或多级分布，在同一级上设有一个或两个以上横向连接孔道；
112)特征11)中，构建横向连接孔道与垂直于所述分支前孔道的中心轴方向的夹角为-45°～+45°；
113)特征11)中，构建第一孔道与横向连接孔道的直径差为0mm～1.4mm；
114)特征11)中，构建横向连接孔道的直径为0.1mm～1.0mm；
121)特征12)中，构建不同层的第一支架单元模型平行排布；
122)特征12)中，构建不同层的第二支架单元模型平行排布；
123)特征12)中，构建同一层中相邻第一支架单元模型的间距为0.1～0.5mm；构建同一层中相邻第二支架单元模型的间距为0.1～0.5mm；
124)特征12)中，构建第一支架单元模型的形状为圆柱形，直径为0.1～0.4mm；构建第二支架单元模型的形状为圆柱形，直径为0.1～0.4mm；
125)特征12)中，构建相邻层中第一支架单元模型与第二支架单元模型交叉的角度α为60～120°。
9.如权利要求8所述的骨缺损修复支架模型的构建方法，其特征在于，特征111)中，还包括如下技术特征中的至少一项：
1111)构建相邻级分布的横向连接孔道的间距为0.2mm～3mm；
1112)构建每级第一孔道设有至少一个横向连接孔道连接相邻的第一孔道。
10.如权利要求1至5任一项所述的骨缺损修复支架的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：根据权利要求6至9任一项所述的骨缺损修复支架模型的构建方法构建获得骨缺损修复支架模型，制备骨缺损修复支架。
11.如权利要求10所述的骨缺损修复支架的制备方法，其特征在于，通过3D打印制备骨缺损修复支架，3D打印时使用1或2个喷头；当使用2个喷头时，一个喷头用于打印第一支架层，另一个喷头用于打印第二支架层，或者同一支架层内，2个喷头打印。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求6至9任一项所述的骨缺损修复支架模型的构建方法的步骤，或如权利要求10或11所述的骨缺损修复支架的制备方法的步骤。
13.一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行如权利要求6至9任一项所述的骨缺损修复支架模型的构建方法的步骤，或如权利要求10或11所述的骨缺损修复支架的制备方法的步骤。
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