一种冰胶支架及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种冰胶支架及其制备方法和应用。所述冰胶支架的制备包括以下步骤：(a)将冰胶原料、氯化钙各自配成溶液后，再混合制得到冰胶前体溶液；(b)将所得冰胶前体溶液注入模具中；(c)将装载有所述冰胶前体溶液的模具进行梯度冷却，得到预凝胶三维结构体；(d)以真空冷冻干燥的方式干燥步骤(c)中得到的所述预凝胶三维结构体，得到冰胶支架。所述支架具备水环境中透明、可溶解、大体积、机械性能好，可用于大规模的三维细胞培养。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物
，具体地，涉及一种冰胶支架及其制备方法和用途，更具体地，涉及可溶解、大体积、贯通性多孔冰胶组织工程支架及其制备方法，以及利用此冰胶支架大规模扩增细胞和无损收集细胞、构建体外三维细胞培养微环境和体外三维类组织的方法，和将此类组织用于细胞生物学、组织工程、体外药物检测、病理学和药理学研究的方法。
技术介绍
医疗行业目前面临两大难点问题：器官捐赠无法满足临床患者需求；新药研发高投入、高风险却成功率低。因此，体外构建大型化组织器官模型用于临床移植、以及构建细胞组织模型用于药物筛选和评价，是再生医学的迫切目标。不论哪一种研究，都需要首先实现对细胞的体外长时间大量培养。然而因体外缺乏血管网机制，无法持续满足氧气和营养物质的有效输送，体外细胞大量培养仍然止步不前。构建体外细胞大量增殖培养的模式，是解决器官疾病、药物筛选评价的基石，对发展再生医疗领域具有重要意义。再者，两维细胞培养已经发展了上百年，在各个生命科学领域有广泛应用。但是两维细胞培养存在许多固有的缺陷，为了弥补这些缺陷，近年来开始发展出了三维细胞培养技术。但是，三维细胞培养技术还存在许多问题，例如水凝胶型三维细胞培养机械性能差，不适合长期大规模培养，更无法用于反应器培养，而支架型三维细胞培养的光学性能和结构性能较差，透明度低，细胞装载量小且迁移距离受限，并且常常无法溶解，导致在应用中遇到很多困难。因此，急需开发出性能更加优异的三维细胞培养技术，以满足细胞培养、体外病理/药理/生理细胞结构体构建、药物检测和组织工程与再生医学的需要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种支架(例如细胞培养支架、组织工程支架等)及其制备方法，所述支架具备多种优点，例如透明、可溶解、大体积、机械性能好，可用于大规模的三维细胞培养，例如在反应器中的细胞培养。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种冰胶支架(例如细胞培养支架、组织工程支架)的制备方法，其包括以下步骤：(a)将冰胶原料、氯化钙各自配成溶液后，再混合制得到冰胶前体溶液；(b)将所得冰胶前体溶液注入模具中；(c)将装载有所述冰胶前体溶液的模具进行梯度冷却，得到预凝胶三维结构体；(d)以真空冷冻干燥的方式干燥步骤(c)中得到的所述预凝胶三维结构体，得到冰胶支架。采用上述方法所得的冰胶支架经本领域常规紫外照射消毒后即可使用。所得冰胶支架具备多种优点，例如透明、可溶解、大体积、机械性能好，可用于大规模的三维细胞培养，例如在反应器中的细胞培养。本专利技术所述的冰胶支架制备方法中，在步骤(a)中，所述冰胶原料选自以下一种或多种物质：明胶及其衍生物、海藻酸盐(例如海藻酸钠、海藻酸钙)及其衍生物、琼脂、基质胶、胶原、蛋白多糖、糖蛋白、透明质酸、壳聚糖、层粘连蛋白、纤维连接蛋白和纤维蛋白。其中，所述冰胶原料溶液的质量浓度为1-20％；所述冰胶原料优选海藻酸钠，并配制成质量浓度1％-5％，更优选质量浓度为2.5％。所述氯化钙溶液的质量浓度为0.1-4％；或者所述氯化钙配制成浓度为5-30mM的溶液，优选浓度为5-10mM，更优选10mM。所述冰胶原料溶液与氯化钙溶液混合体积比为(0.2-20):1，优选(0.5-10):1，更优选(1-5):1。本专利技术所述的冰胶支架制备方法中，在步骤(b)中，可通过注射器(例如1ml规格)将所得冰胶前体溶液注入模具中。本专利技术所述的冰胶支架制备方法中，在步骤(b)中，所述模具选自圆形培养皿、6孔板、12孔板、24孔板、48孔板、96孔板或384孔等规格的细胞培养板。本专利技术所述的冰胶支架制备方法中，在步骤(c)中，所述梯度冷却为：将模具冷却至2-6℃(例如约4℃)保存0.5-3h(例如约2小时)，继续冷却至-10--30℃(例如约-20℃)保存6-15h(例如8-12小时)。本专利技术所述的冰胶支架制备方法中，在步骤(d)中，所述真空冷冻干燥的温度为：-20--40℃，优选-25--35℃，更优选-30℃；所述真空冷冻干燥的压力为1-50Pa，优选2-4Pa，更优选3Pa；所述真空冷冻干燥的时间为20-40h，优选24h。作为本专利技术优选的实施方式，所述冰胶支架的制备方法包括如下步骤：(a)将质量浓度2.5％海藻酸钠溶液与10mM氯化钙溶液以2:1的体积比例混合，得到冰胶前体溶液；(b)使用1ml一次性无菌注射器将所述冰胶前体溶液注入96孔板；(c)将装载有所述冰胶前体溶液的96孔板冷却至4℃并保存2-2.5小时，再于-20℃保存8-12小时，得到预凝胶三维结构体；(d)将步骤(c)中得到的所述预凝胶三维结构体在-30℃、3Pa的条件下进行真空冷冻干燥24h，得到冰胶支架。本专利技术还提供上述方法得到的冰胶支架。一些实施方案中，所述冰胶支架的孔隙率为10％-99％，例如20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或其任意区间。在一些实施方案中，所述冰胶支架的孔径为1至300微米，例如5-250微米、10-250微米、20-200微米、50-200微米等。在一些实施方案中，所述冰胶支架的平均孔径为1至300微米，例如5-250微米、10-250微米、20-200微米、50-200微米等。在一些实施方案中，所述冰胶支架是透明的，优选地其透明度为20％-100％、30％-95％、40％-90％、50％-90％，例如20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或其任意区间。在一些实施方案中，所述冰胶支架的体积为0.01-1000mm3，优选0.1-500mm3、0.2-400mm3、0.3-300mm3、0.4-200mm3、0.5-100mm3、1-100mm3、2-100mm3、或2-50mm3，例如0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、50、100、200、500mm3或其任意区间。在一些实施方案中，所述冰胶支架的吸水量为理论体积的1-15倍、1-10倍、1-5倍、1-3倍、2-10倍、2-5倍等。在一些实施方案中，所述冰胶支架装载的细胞量为102/cm3-108/cm3，优选104/cm3-108/cm3、105/cm3-108/cm3或106/cm3-108/cm3，例如102/cm3、103/cm3、104/cm3、105/cm3、106/cm3、107/cm3、108/cm3或其任意区间。在一些实施方案中，所述冰胶支架具有良好的弹性，例如具有0.1至10kPa的杨氏模量，例如0.1、0.5、1、1.5、2、3、4、5、6、7、8、9、10或其任意区间，在压缩时，本专利技术的冰胶支架表现出至少60％、70％、80％、90％、95％、98％或者更高的压缩应变而不发生永久形变或者机械破坏，在外力撤除时仍能恢复原有的形状；在一些实施方案中，所述冰胶支架具有良好的机械性能，例如本专利技术的冰胶支架相比于常规凝胶表述出更高的机械稳定性。本专利技术还提供了上述方法所得冰胶支架在如下方面中的用途：(1)制备用于治疗疾病或病症的材料；(2)制备组织修复或再生的材料；(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冰胶支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将冰胶原料、氯化钙各自配成溶液后，再混合制得到冰胶前体溶液；(b)将所得冰胶前体溶液注入模具中；(c)将装载有所述冰胶前体溶液的模具进行梯度冷却，得到预凝胶三维结构体；(d)以真空冷冻干燥的方式干燥步骤(c)中得到的所述预凝胶三维结构体，得到冰胶支架。

【技术特征摘要】
1.一种冰胶支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将冰胶原料、氯化钙各自配成溶液后，再混合制得到冰胶前体溶液；(b)将所得冰胶前体溶液注入模具中；(c)将装载有所述冰胶前体溶液的模具进行梯度冷却，得到预凝胶三维结构体；(d)以真空冷冻干燥的方式干燥步骤(c)中得到的所述预凝胶三维结构体，得到冰胶支架。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述梯度冷却为：将装载有所述冰胶前体溶液的模具冷却至2-6℃保存0.5-3h，继续冷却至-10--30℃保存6-15h。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤(d)中，所述真空冷冻干燥的温度为：-20--40℃，优选-25--35℃，更优选-30℃；所述真空冷冻干燥的压力为1-50Pa，优选2-4Pa，更优选3Pa；所述真空冷冻干燥的时间为20-40h，优选24h。4.根据权利要求1-3任一所述的制备方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述冰胶原料选自以下一种或多种物质：明胶及其衍生物、海藻酸盐及其衍生物、琼脂、基质胶、胶原、蛋白多糖、糖蛋白、透明质酸、壳聚糖、层粘连蛋白、纤维连接蛋白、纤维蛋白；其中，所述冰胶原料溶液的质量浓度为1-20％，优选1-5％；其中，所述氯化钙溶液的质量浓度为0.1-4％；其中，所述冰胶原料溶液与氯化钙溶液混合体积比为(0.2-20):1，优选(0.5-10):1，更优选(1-5):1。5.根据权利要求1-3任一所述的制备方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚睿，孙伟，庞媛，
申请(专利权)人：清华大学，上普博源北京生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11