一种人工血管及其制备方法技术

一种人工血管及其制备方法，属于器官制造及生物材料技术领域。该人工血管包括外皮层、成纤维细胞层、平滑肌细胞层、内皮细胞层和内腔。本发明专利技术利用等离子喷涂、电喷涂、电纺丝、倒模和3D打印综合技术实现内皮层、平滑肌细胞层、成纤维细胞层和外皮层在三维空间的有序排布，采用抗凝血因子增强人工血管的抗凝血性，采用生长因子控释的办法实现其中干细胞的分步诱导分化，并经脉动反应器对人工血管进行培养，使其在结构和功能上模拟天然动物血管，为血管移植修复提供相应的替代品，本发明专利技术对于其他管状组织和器官，如食管、气管、输卵管、胆管、尿道和膀胱等同样适用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种人工血管及其制备方法，属于器官制造及生物材料

技术介绍
据世界卫生组织统计，心血管类疾病是全球发病率、死亡率最高的疾病之一，全球每年约有超过1,700万人死于心脏疾病。在欧洲发达国家心血管类疾病已成为最大的致死原因，每年造成至少200万人死亡，约占总死亡人数的40％。仅美国每年的血管移植物就超过140万例。在我国，随着当代心脑血管疾病的增多，下肢静脉病发病率和冠状动脉搭桥手术也逐年增加，仅北京阜外医院每年手术1000例左右，且以20％的速度递增。我国先天性心脏病的发病率是6.7‰，每年有数以万计的病人接受手术治疗，其中大多数需要人工血管和带有血管通道的瓣膜。临床上对人工血管移植物的需求日益突出。随之而来的问题便是人工血管的制作工艺和移植物的选取。临床上血管移植物一般应具备以下几个特性：①良好的血液相容性，无血栓形成。②足够的力学性能和抗缝合强度。③良好的生物可降解性和组织再生能力。④溶出物、渗出物及降解物无毒、无免疫排异反应。⑤制备方法简单、材料来源广泛、价格低廉。目前临床上血管移植主要采取自体移植或同种异体移植，供体来源受到很大的限制。利用组织工程或3D打印技术可以制备出一些血管类似物,但此类产品性能均存在着严重的缺陷[Nerem RM,et al.Ann Rev Biomed Eng 2001；3:225]。如抗缝合强度很差、急慢性栓塞、内膜增生、动脉瘤形成、易感染等，临床上还没有一种满意的小直径血管替代产品[Bordenave L,et al.Clin Hemorheol Microcirc 2005；33:227]。例如，美国哥伦比亚大学的Norotte教授等开发出了一种基于三维自动电脑辅助沉积的生物凝胶球体3D打印技术，应用于无支架的小直径血管成形，只体现了成形技术的快速、可重复和可量化等优势[Norotte C,et al.Biomaterials,2009,30:5970]。美国Clemson大学Mironov V等利用改装的喷墨打印机将一层基质材料上打印一层血管内皮细胞，形成了类似面包圈的准三维立体结构[Mironov V,et al.Trends Biotechnol.,2003；21:157]。只体现了喷墨打印机响应速度较快，成形精度高、成形速度快，成形材料粘度低等特点。新加坡南洋理工大学(Nanyang Technological University)的Leong等利用选择性激光烧结(Selective laser sintering，SLS)制造血管支架结构，研究了适合于SLS技术的聚合物以及其成形结构的特性[Leong KF,et al.Biomaterials,2003,24:2363]，这种支架离人工血管相距甚远。又如，美国犹他大学Skardal等利用Fab@home公司购进的仪器打印透明质酸溶液并用四面体聚乙二醇四丙烯酸酯交联制备血管修复材料[Skardal A,et al.Biomaterials,2010,31:6173]。美国南卡罗来纳医科大学Kasyanov等利用同类设备
Fab@CTI打印硅滴和组织块，模拟肾中分支血管部分[Kasyanov V,et al.Virtual and Physical Prototyping,2011,6(4):197]。美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Wu等人用自制的3D打印设备先直写有机石蜡，然后用环氧树脂浸泡形成有分支结构的液体可以进出的血管网络结构[Wu W,et al.Soft Matter,2010,6:739]。美国宾夕法尼亚大学Miller等人首先将碳水化合物玻璃打印成网格状模板，用浇注法复合载细胞溶液形成管道状血液通路[Miller JS,et al.Nature Materials,2012,11:768]。美国华盛顿大学zhang等用类似的石刻技术在天然胶原基质中形成内皮化微流通道[Zhang Y,et al.PNAS,2012,109(24):9342]。这些制品从不同角度体现了天然血管的某些特性，但在抗凝血性、抗缝合性、生长修复能力方面均不能满足人工血管移植替换要求。其中材料的抗凝血性、抗缝合强度和生长能力是制约各种不同人工血管修复材料临床应用的主要屏障，也是未来发展的主要方向。利用再生医学原理来构建人工血管已经成为目前医学和工程领域的研究热点。现有的工程技术，如倒模和三维打印技术并不能制备可与人体动静脉血管直接相连的可植入型人工血管修复材料。这些因素促使我们对各种不同技术进行有机结合，利用复合多喷头3D打印、电喷涂、倒模、电纺丝等综合技术实现各种生物材料，制备与天然血管结构和功能相匹配的人工血管替代物，为大量病患者提供福音。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种人工血管及其制备方法，使其在结构和功能上模拟天然血管，用于各种动静脉管直接移植和替换，达到修复再生的目的。本专利技术的技术方案如下：一种人工血管，其特征在于：所述的人工血管从外至内依次包括外皮层、成纤维细胞层、平滑肌细胞层、内皮细胞层和内腔；所述的外皮层是采用合成高分子溶液经等离子喷涂、电喷涂或电纺丝技术喷射合而成；所述的成纤维细胞层、平滑肌细胞层和内皮细胞层是采用含细胞的天然高分子溶液经倒模技术灌注或3D打印技术堆积而成；天然高分子溶液中复合质量百分比为0.01-1％的生长因子和抗凝血因子，所述的内腔的直径为0.1-8mm。本专利技术所述的一种人工血管，其特征在于：所述的内皮细胞层的厚度为0.001-0.2mm；所述的平滑肌细胞层的厚度为0.01-5mm；所述的成纤维细胞层的厚度为0.001-0.2mm。本专利技术的上述技术方案中，其特征在于：所述的成纤维细胞层、平滑肌细胞层和内皮细胞层的天然高分子溶液采用质量百分比为0.1～20％的明胶、海藻酸钠、右旋糖、胶原、纤维蛋白原、活性肽、壳聚糖、透明质酸、细胞外基质、琼酯糖、层粘连蛋白、硫酸软骨素、卡拉胶和蛋白多糖溶液中的至少一种；天然高分子溶液中溶剂为磷酸盐缓冲液、细胞培养液、生理盐水、血清和体液中的至少一种；所述外皮层的合成高分子溶液采用质量体积百分比为0.1-30％的聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚乙二醇、聚乳酸-
羟基乙酸共聚物和聚酯和聚羟基酸酯中的至少一种；合成高分子溶液的溶剂为四乙二醇或1,4-二氧六环。优选地，本专利技术所述的天然高分子溶液中复合量百分比为1-10％的冻存因子，在天然高分子溶液中的细胞密度为1×102-7个/mL。本专利技术所述的内皮细胞层的天然高分子溶液所含细胞为内皮细胞，或干细胞与内皮细胞混合物，或干细胞与内皮细胞生长因子混合物；平滑肌细胞层的天然高分子溶液所含细胞为平滑肌细胞，或干细胞与平滑肌细胞混合物，或干细胞与平滑肌细胞生长因子混合物；成纤维细胞层的天然高分子溶液所含细胞为成纤维细胞，或干细胞与成纤维细胞混合物，或干细胞与成纤维细胞生长因子混合物；所述的干细胞为间充质干细胞、骨髓干细胞、脐带血干细胞、胚胎干细胞和诱导多能干细胞中的至少一种。本专利技术提供了一种所述人工血管的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)首先配制质量百分比为0.1-20％的天然高分子溶液，在天然高分子溶液中加入质量百分比为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工血管，其特征在于：所述的人工血管从外至内依次包括外皮层(101)、成纤维细胞层(102)、平滑肌细胞层(103)、内皮细胞层(104)和内腔(105)；所述的外皮层(101)是采用合成高分子溶液经等离子喷涂、电喷涂或电纺丝技术喷射合而成；所述的成纤维细胞层(102)、平滑肌细胞层(103)和内皮细胞层(104)是采用含细胞的天然高分子溶液经倒模技术灌注或3D打印技术堆积而成；天然高分子溶液中复合质量百分比为0.01‑1％的生长因子和抗凝血因子，所述的内腔(105)的直径为0.1‑8mm。

【技术特征摘要】
1.一种人工血管，其特征在于：所述的人工血管从外至内依次包括外皮层(101)、成纤维细胞层(102)、平滑肌细胞层(103)、内皮细胞层(104)和内腔(105)；所述的外皮层(101)是采用合成高分子溶液经等离子喷涂、电喷涂或电纺丝技术喷射合而成；所述的成纤维细胞层(102)、平滑肌细胞层(103)和内皮细胞层(104)是采用含细胞的天然高分子溶液经倒模技术灌注或3D打印技术堆积而成；天然高分子溶液中复合质量百分比为0.01-1％的生长因子和抗凝血因子，所述的内腔(105)的直径为0.1-8mm。2.如权利要求1所述的一种人工血管，其特征在于：所述的内皮细胞层的厚度为0.001-0.2mm；所述的平滑肌细胞层的厚度为0.01-5mm；所述的成纤维细胞层的厚度为0.001-0.2mm。3.如权利要求1或2所述的一种人工血管，其特征在于：所述的成纤维细胞层、平滑肌细胞层和内皮细胞层的天然高分子溶液采用质量百分比为0.1～20％的明胶、海藻酸钠、右旋糖、胶原、纤维蛋白原、活性肽、壳聚糖、透明质酸、细胞外基质、琼酯糖、层粘连蛋白、硫酸软骨素、卡拉胶和蛋白多糖溶液中的至少一种；天然高分子溶液中溶剂为磷酸盐缓冲液、细胞培养液、生理盐水、血清和体液中的至少一种；所述外皮层的合成高分子溶液采用质量体积百分比为0.1-30％的聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚乙二醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物和聚酯和聚羟基酸酯中的至少一种；合成高分子溶液的溶剂为四乙二醇或1,4-二氧六环。4.如权利要求3所述的一种人工血管，其特征在于：天然高分子溶液中复合质量百分比为1-10％的冻存因子，在天然高分子溶液中的细胞密度为1×102-7个/mL。5.如权利要求1所述的人工血管，其特征在于：内皮细胞层的天然高分子溶液所含细胞为内皮细胞，或干细胞与内皮细胞混合物，或干细胞与内皮细胞生长因子混合物；平滑肌细胞层的天然高分子溶液所含细胞为平滑肌细胞，或干细胞与平滑肌细胞混合物，或干细胞与平滑肌细胞生长因子混合物；成纤维细胞层的天然高分子溶液所含细胞为成纤维细胞，或干细胞与成纤维细胞混合物，或干细胞与成纤维细胞生长因子混合物；所述的干细胞为间充质干细胞、骨髓干细胞、脐带血干细胞、胚胎干细胞和诱导多能干细胞中的至少一种。6.一种如权利要求1或2所述人工血管的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)首先配制质量百分比为0.1-20％的天然高分子溶液，在天然高分子溶液中加入质量百分比为0.01-1％的抗凝血因子；在含有抗凝血因子的天然高分子溶液中分别加入内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、干细胞、或干细胞与生长因子混合物，制备成含不同细胞的天然高分子溶液，其中细胞在天然高分子溶液中的密度为1×102-7个/mL；2)制备一系列直径不同的空心圆柱模具，将第一空心圆柱模具外部套上一个直径较大的第二空心圆柱模具，两模具中间留有缝隙，用滴管或注射器将含内皮细胞，或干细胞与内皮细胞混合物，或干细胞与内皮细胞生长因子混合物的天然高分子溶液灌注到两模具间的缝...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，
申请(专利权)人：刘畅，
类型：发明
国别省市：北京;11