基于3D打印的细胞共培养模型及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印的非接触式细胞共培养模型，包括用于培养不同细胞的两个培养体系，两个培养体系均由3D打印的中空纤维卷绕而成，中空纤维作为营养物质输送的通道；两个培养体系的至少一部分内外嵌套的卷绕在一起。本发明专利技术同时还公开了一种基于3D打印的细胞共培养模型的制造方法，该方法能够制造出实用且可控的细胞共培养模型，生产效率高，经济便捷。本发明专利技术可以建立两种细胞非接触式三维共培养体系；将细胞培养液循环灌入共培养体系的通道内，实现细胞动态共培养；本发明专利技术共培养模型利用3D打印技术，可以实现细胞和营养输送通道的同时成形，工艺简单，生产效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物制造
，尤其是涉及一种基于3D打印的细胞共培养模型及制造方法。
技术介绍
体外细胞共培养是将两种或两种以上的细胞共同培养于同一环境中的技术。细胞共培养技术能模拟体内细胞正常活动的微环境，有利于观察细胞与培养环境之间、细胞与细胞之间的相互作用，由于其具有更好地反映体内环境的优点，所以这种方法被广泛应用于现代细胞研究中。目前细胞共培养的方法主要有直接接触式共培养和非直接接触式共培养。直接接触式共培养是将不同类型的细胞在同一个培养体系中混合在一起进行共同培养，使两种细胞直接接触，并通过旁分泌、自分泌作用产生细胞生产因子等进行相互作用。其缺点是不同类型的细胞发生直接接触，不能彻底分开，不利于后续分析观察。非直接接触式共培养是将两种或两种以上的细胞分别接种在不同的载体上，然后将这些载体置于同一个培养环境中，共培养体系中一者对另者的影响是通过旁分泌的细胞因子相互作用，但两者不接触。由于两种细胞容易分离，便于观察和不影响后续的检测。另外，细胞在体内是以三维状态生长的，传统的体外二维培养条件下的细胞不能真实反映体内细胞的形态、功能等特点。因而急需开发出一种细胞三维非接触式共培养模型。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种基于3D打印的细胞共培养模型，利用该细胞共培养模型，能够保证不同细胞不直接接触，同时可以实现细胞三维动态培养。本专利技术同时还提供了一种基于3D打印的细胞共培养模型的制造方法，该方法能够制造出实用且可控的细胞共培养模型，生产效率高，经济便捷。一种基于3D打印的非接触式细胞共培养模型，包括用于培养不同细胞的两个培养体系，两个培养体系均由3D打印的中空纤维卷绕而成，中空纤维作为营养物质输送的通道；两个培养体系的至少一部分内外嵌套的卷绕在一起。本专利技术的细胞共培养模型采用由生物兼容性凝胶材料制造成的中空纤维体作为细胞的载体，将细胞和凝胶材料混合后一起打印出来，利用打印出的中空纤维自身的微流道实现营养物质的输送。由于水凝胶具有通透性，分子可以透过凝胶间壁进行交换，不需要单独开设交换孔道。本专利技术凝胶材质为海藻酸钠和氯化钙的交联产物，具有通透性的中空纤维培养体实心部分即为海藻酸钙，形成的结构强度较高。为了加工方便，在同一回转体的外围打印中空纤维，作为优选，所述非接触式细胞共培养模型具有空间上的轴线，各培养体系的中空纤维在围绕轴线螺旋卷绕的同时还沿轴向延伸，整体上为筒形结构。所述空间上的轴线即为回转体的旋转轴线。为了便于相互对照，作为优选，每个培养体系包括依次连通的对照部分、过度部分和共培养部分，其中对照部分带有营养物质输送的进口，共培养部分带有用于营养物质输送的出口；两个培养体系的对照部分相互远离，两个培养体系的共培养部分内外嵌套的卷绕在一起。每个培养体系中，对照部分和共培养部分的螺旋紧密排列(多圈的螺旋结构中，相邻圈彼此贴靠)，过度部分的螺旋稀疏排列。稀疏排列是相对于紧密排列而言，即并不要求相邻圈彼此贴靠，仅仅是过渡连通而已。作为优选，同一培养体系中，对照部分、过度部分和共培养部分的轴向长度相同。作为进一步的优选，两个培养体系中的共培养部分在轴向上完全重叠。本专利技术还提供了一种基于3D打印的非接触式细胞共培养模型的制造方法，该方法利用同轴喷头辅助的3D打印工艺来制造含有通道的培养模型，可以实现细胞和通道的同时打印，以实现非接触式三维细胞共培养。一种基于3D打印的非接触式细胞共培养模型的制造方法，包括：利用可轴向移动的第一同轴喷头在旋转的回转体外围以中空纤维的形式打印出一个培养体系；利用可轴向移动的第二同轴喷头在旋转的回转体外围以中空纤维的形式打印出另一个培养体系，且后一培养体系的共培养部分包络在前一培养体系的共培养部分的外周；完成打印后去除回转体，并对两个培养体系进行固化处理。所述第一同轴喷头和第二同轴喷头均包括同轴嵌套的内喷头和外喷头，其中内喷头用于输出形成中空纤维的带有培养细胞的海藻酸钠水溶液；外喷头用于输出支撑中空纤维的氯化钙水溶液。内喷头和外喷头均可依照现有技术连接相应的注射器和注射泵。本专利技术制造方法具体步骤为：(1)制备海藻酸钠水溶液和氯化钙水溶液：将灭菌后的生化级海藻酸钠粉末和去离子水混合，制备成一定浓度的海藻酸钠水溶液；将灭菌后的生化级氯化钙粉末和去离子水混合，制备成一定浓度的氯化钙水溶液；(2)选定所需要共培养的细胞(包括细胞Ⅰ和细胞Ⅱ)，在培养瓶里培养后分别与海藻酸钠溶液混合均匀，制备得到海藻酸钠水溶液细胞Ⅰ的混合物，以及海藻酸钠水溶液细胞Ⅱ的混合物；作为优选，步骤(1)(2)中所述海藻酸钠水溶液细胞Ⅰ的混合物中海藻酸钠水溶液的质量百分比浓度为2％-4％，流速为0.5-1.5ml/min；所述氯化钙水溶液的质量百分比浓度为2％-4％，流速为1-4ml/min。选择该技术方案时，材料粘度适合打印，打印得到的细胞共培养模型强度较好，生物兼容性较好。(3)将所述海藻酸钠细胞Ⅰ的混合物加入到与第一同轴喷头的外喷头相连的注射器中；将所述海藻酸钠细胞Ⅱ的混合物加入到与第二同轴喷头的外喷头相连的注射器中；将所述氯化钙溶液分别加入到与两个同轴喷头的内喷头相连的注射器中；其中，外喷头和内喷头组成整体的同轴喷头，所述外喷头和内喷头同轴设置，所述内喷头的出料端伸入到外喷头的喷腔内且继续延伸至外喷头的出料端平齐；通过将四个注射器放置在四通道注射泵上，利用注射泵实现对外喷头和内喷头流量的控制；(4)3D打印共培养体系设置同轴喷头的出料速度、运行参数，控制外喷头和内喷头按照设定参数打印，得到未完全反应的中空纤维，且控制相邻中空纤维的间距使相邻中空纤维线与线融合或者分离，完成共培养体系中参照部分、过度部分、共培养部分的打印；其中，外喷头和内喷头的出料速度主要利用四通道注射泵控制，以保证得到含有细胞的未完全反应的中空纤维；运行参数一般是指同轴喷头的移动速度和回转体的转动速度，这些参数均可以通过3D打印装置直接控制；一般情况下，同轴喷头将物料打印至回转体上，中空纤维均匀缠绕在回转体上；同轴喷头一般与X轴驱动机构和Y轴驱动机构连接，通过X轴驱动机构和Y轴驱动机构可分别实现同轴喷头沿x轴方向的移动和沿y轴方向的移动；回转体一般与A回转轴驱动机构连接，通过A回转轴驱动机构实现回转体旋转运动；回转体的材料选用玻璃或者不锈钢，便于脱模；通过控制中空纤维线与线之间的距离，保证未完全反应的相邻中空纤维相互融合或者分离；打印过程中，凝胶的出料速度，回转体的转速和同轴喷头的移动速度必须匹配才能形成均匀一致的共培养模型。具体的工艺参数可按照以下公式得到： n = v 0 π · d - - - ( 1 ) ]]> v = S · v 0 π &Center本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于3D打印的非接触式细胞共培养模型，包括用于培养不同细胞的两个培养体系，其特征在于，两个培养体系均由3D打印的中空纤维卷绕而成，中空纤维作为营养物质输送的通道；两个培养体系的至少一部分内外嵌套的卷绕在一起。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印的非接触式细胞共培养模型，包括用于培养不同细胞的两个培养体系，其特征在于，两个培养体系均由3D打印的中空纤维卷绕而成，中空纤维作为营养物质输送的通道；两个培养体系的至少一部分内外嵌套的卷绕在一起。2.如权利要求1所述的基于3D打印的非接触式细胞共培养模型，其特征在于，所述非接触式细胞共培养模型具有空间上的轴线，各培养体系的中空纤维在围绕轴线螺旋卷绕的同时还沿轴向延伸，整体上为筒形结构。3.如权利要求2所述的基于3D打印的非接触式细胞共培养模型，其特征在于，每个培养体系包括依次连通的对照部分、过度部分和共培养部分，其中对照部分带有营养物质输送的进口，共培养部分带有用于营养物质输送的出口；两个培养体系的对照部分相互远离，两个培养体系的共培养部分内外嵌套的卷绕在一起。4.如权利要求3所述的基于3D打印的非接触式细胞共培养模型，其特征在于，同一培养体...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺永，高庆，傅建中，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33