一种体外类脑组织及其构建方法技术

本发明专利技术提出了一种体外类脑组织及其构建方法，解决了人脑体外病理和药理模型来源的问题；该方法通过3D打印方式实现各类神经细胞、细胞支架的打印，构建人脑皮质、核团及皮质白质组织的单细胞或多细胞组成的单层或多层类脑组织结构；利用3D打印自身的优势，可以实现打印细胞种类、密度、相对位置等的精确控制；采用不同打印头相互配合可以实现各类单细胞的功能核团类脑组织、皮质分层类脑组织、皮质白质类脑组织等多层、多梯度结构组织的打印；该方法操作简单，效率高，适用于批量、个性化制造，所构建的类脑组织模型更接近于自然脑组织，为病理、药理实验提供基础模型。

【技术实现步骤摘要】
一种体外类脑组织及其构建方法
：本专利技术属于3D打印与组织工程领域，具体涉及一种体外类脑组织及其构建方法。
技术介绍
：脑科学研究已被列入世界科技发展的重要战略方向，也是最难攻克的研究之一。特别是在脑疾病研究方面，作为研究对象的脑组织的供体缺乏而限制了研究发展，动物脑组织不可能完全表征人脑组织特征。因此，脑病理及药理模型的严重不足限制了脑的病理药理研究。另外，大脑结构复杂，有皮质与白质之分，以及不同核团组成。宏观上皮质覆盖着大脑半球的大部分，具有六层分层结构，每层厚度不等，结构及功能也不同，表面有大量的褶皱沟回结构。微观上大脑皮质细胞种类繁多，排布错综复杂。复杂的结构对构建类脑组织提出了很高的要求，普通的组织工程构建方法很难满足要求。
技术实现思路
：本专利技术提出了一种体外类脑组织及其构建方法，利用3D打印技术在构建复杂结构模型方面有很大的优势，可以控制细胞种类、排布、梯度分布等以构建出接近于脑皮质结构的类脑组织；可以根据病理药理研究领域的需求，构建个性化、定制化类脑组织模型，解决了脑组织供体不足的问题。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种体外类脑组织，通过3D打印的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种体外类脑组织，其特征在于，通过3D打印的方式构建类脑组织结构，构建的组织结构包括皮质分层类脑组织(4)、功能核团类脑组织(13)和皮质白质类脑组织(6)；其中皮质白质类脑组织(6)从形态与功能上接近于自然脑组织的皮质(1)和白质(2)组织结构，皮质分层类脑组织(4)从形态与功能上接近于自然脑组织的皮质(1)的六层组织结构(3)，功能核团类脑组织(13)从形态与功能上接近于自然脑组织的核团(14)结构。

【技术特征摘要】
1.一种体外类脑组织，其特征在于，通过3D打印的方式构建类脑组织结构，构建的组织结构包括皮质分层类脑组织(4)、功能核团类脑组织(13)和皮质白质类脑组织(6)；其中皮质白质类脑组织(6)从形态与功能上接近于自然脑组织的皮质(1)和白质(2)组织结构，皮质分层类脑组织(4)从形态与功能上接近于自然脑组织的皮质(1)的六层组织结构(3)，功能核团类脑组织(13)从形态与功能上接近于自然脑组织的核团(14)结构。2.根据权利要求1所述的体外类脑组织，其特征在于，所述3D打印的皮质分层类脑组织(4)分为两种，分别为三维分层堆叠式与二维分层流道式两种；都分成六层，每层结构的细胞不同，分别对应自然脑组织的皮质(1)的六层组织结构(3)的分子层、外颗粒层、外锥体细胞层、内颗粒层、内锥体细胞层和多形细胞层；其中三维分层堆叠式是每一层细胞组织结构由下至上逐一堆叠成为的三维立体组织结构，二维分层流道式是每一层细胞组织结构由左至右平铺成为的二维平面组织结构。3.根据权利要求1所述的体外类脑组织，其特征在于，所述3D打印的功能核团类脑组织(13)由单一种类神经细胞所构建，其中黑质核团由多巴胺神经元构建，成为具有分泌多巴胺功能的类脑组织核团。4.根据权利要求1所述的体外类脑组织，其特征在于，所述3D打印的皮质白质类脑组织(6)分为内外两层，内层皮质对应皮质(1)部分，外层白质对应白质(2)部分，且内层皮质部分在形态上接近六层分层褶皱结构。5.根据权利要求1所述的体外类脑组织，其特征在于，所述3D打印的皮质分层类脑组织(4)、功能核团类脑组织(13)和皮质白质类脑组织(6)功能上具有神经网络的形成、电生理信号的传递、长期增益效应这些脑组织所具有的基本功能。6.根据权利要求1所述的体外类脑组织，其特征在于，所述3D打印的皮质分层类脑组织(4)、功能核团类脑组织(13)以及皮质白质类脑组织(6)每层打印厚度为40μm～2mm；每层打印的面积即长×宽的范围为：4×4mm2-150×150mm2。7.根据权利要求1所述的体外类脑组织，其特征在于，所述3D打印的皮质分层类脑组织(4)、功能核团类脑组织(13)以及皮质白质类脑组织(6)由细胞与基质材料(5)构建而成。8.根据权利要求7所述的体外类脑组织，其特征在于，所述细胞的种类为：神经元、神经胶质细胞、神经干细胞、多巴胺神经元、大脑皮层细胞和雪旺细胞中的一种或多种以任意比例组合。9.根据权利要求7所述的体外类脑组织，其特征在于，所述基质材料(5)为：胶原蛋白、结冷胶、明胶、海藻酸盐、壳聚糖、丝素蛋白、石墨烯、琼脂和碳纳米管中的一种或多种以任意比例组合；其中，胶原蛋白、明胶、琼脂通过温敏方式成型；海藻酸盐、壳聚糖、结冷胶、丝素蛋白和壳聚糖通过交联方式成型。10.权利要求1所述的体外类脑组织的3D打印构建方法，其特征在于：所述皮质分层类脑组织(4)、功能核团类脑组织(13)和皮质白质类脑组织(6)的打印方法分别如下：皮质分层类脑组织(4)的打印构建方法，当构建三维分层堆叠式的皮质分层类脑组织(4)时，其特征在于，包括步骤如下：步骤1：构建3D打印系统，该打印系统由三维移动工作台(9)、与三维移动工作台(9)连接的多喷头装置(10)、设置在多喷头装置(10)上的多个喷头(11)以及与三维移动工作台(9)和喷头(11)连接的计算机(8)四部分组成；其中，喷头(11)能够装有不同的基质材料(5)及细胞，计算机(8)能够通过电机(12)控制任意喷头(11)的升降、启动停止以及流量参数；步骤2：将配好的基质材料(5)与细胞悬液混合均匀，制成所需的生物油墨，分别注入对应的喷头(11)；调节三维移动工作台(9)，调整喷头(11)与基板(7)间的距离至预设的打印距离；步骤3：将设计好结构的三维分层堆叠式的皮质分层类脑组织(4)的模型导入计算机(8)中，设定好模型中不同细胞层对应的不同喷头(11)，根据三维分层堆叠式皮质分层类脑组织模型的路径与不同层对应的油墨完成三维移动工作台(9)的移动及多喷头(11)的替换挤出完成皮质分层类脑组织(4)第一层即多形细胞层的打印，关闭执行工作的喷头(11)；步骤4：三维移动工作台(9)带动多喷头装置(10)沿着Z轴向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玲，方奥，李涤尘，郝志岩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61