一种具有血管结构的组织工程支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有血管结构的组织工程支架及其制备方法，包括以下步骤：S1.构建三维立体网络模型，通过3D打印出三维网络结构的糖支架；S2.将S1打印出的糖支架浸入钙盐的乙醇混合溶液中，待乙醇挥发后获得表面载有钙盐的糖支架；S3.在所述步骤S2的糖支架中填充经过改性的光固化高分子，经过光固化形成固化的水凝胶支架；S4.将固化后的水凝胶支架置于水、PBS或者细胞培养基中除去糖支架，得到所述具有仿生血管网络的组织工程支架。其内部血管结构等具有整体连通性，精度高，机械强度和力学性能优良，可在仿生血管结构和组织工程支架成型的同时直接加载活细胞，并长期保持细胞活力。

【技术实现步骤摘要】
一种具有血管结构的组织工程支架及其制备方法
本专利技术涉及生物医学与组织工程材料
，尤其涉及一种具有血管结构的组织工程支架及其制备方法。
技术介绍
目前3D打印技术被广泛应用于生物医学和组织工程材料领域，通过快速高效的个性化制备，以期获得仿生的组织或器官应用于软骨、皮肤、血管、神经、心肌等组织的修复，但是现有的3D生物打印技术难以获得复杂的三维结构、难以形成提供组织生产所需养分的血管网络，因此只能打印很薄的一层组织，才能保证材料内部的细胞获得营养物质，以及代谢产物正常排出；而构筑较厚的3D打印组织工程支架，由于其物质交换和运输能力较差，内部难以获得充分的营养和代谢交换，则会引起坏死，并难以维持细胞的活性。为了使细胞/组织在3D打印的组织工程材料内部更好地长入和生存，需要构建一种适于组织生长的组织工程构架。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种3D打印无毒的适用于仿生功能组织/器官的具有血管结构的组织工程支架及其制备方法。本专利技术采用的技术手段如下：一种具有血管结构的组织工程支架的制备方法，包括以下步骤：S1.构建三维立体网络模型，通过3D打印出三维网络结构的支架；S2.将S1打印出的支架浸入钙盐的乙醇混合溶液中，待乙醇挥发后获得表面载有钙盐的支架；S3.在所述步骤S2的牺牲型支架中填充经过改性的光固化高分子，经过光固化形成固化的水凝胶支架；S4.将固化后的水凝胶支架置于水、PBS或者细胞培养基中除去牺牲型支架，得到所述具有仿生血管网络的组织工程支架。本专利技术为制备具有血管结构的组织工程支架所使用的牺牲型支架原料为单糖或多糖，作为3D打印墨水可塑性高、获得支架快速稳定，后期可快速溶解出去且无毒害成分；而作为血管结构网络的管壁为物理和化学双交联的海藻酸钙，生物相容性好、成型方便快捷、力学强度和弹性性能良好；并且本专利技术的制备方法成型工艺快速简单，制备过程温和，无毒性有机溶剂参与合成，并具有良好的组织相容性，可广泛应用于仿生软骨、皮肤、心肌等组织工程修复材料的研究。本专利技术的另一方面提供一种由上述的具有血管结构的组织工程支架的制备方法制备的具有血管结构的组织工程支架，其中所述组织工程支架通过3D打印牺牲型的支架后，在支架之间填充光固化高分子，除去支架后形成具有内部中空的3D网络结构的所述组织工程支架。本专利技术所提供的一种3D打印的具血管结构的组织工程支架，内部血管结构等具有整体连通性，精度高，机械强度和力学性能优良，可在仿生血管结构和组织工程支架成型的同时直接加载活细胞，并长期保持细胞活力。附图说明图1为本专利技术的经过3D打印的具有三维网络结构的支架图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术的一个实施例中提供一种具有血管结构的组织工程支架的制备方法，包括以下步骤：S1.构建三维立体网络模型，通过3D打印出三维网络结构的支架；S2.将S1打印出的支架浸入钙盐的乙醇混合溶液中，待乙醇挥发后获得表面载有钙盐的支架；S3.在所述步骤S2的牺牲型支架中填充经过改性的光固化高分子，经过光固化形成固化的水凝胶支架；S4.将固化后的水凝胶支架置于水、PBS或者细胞培养基中除去牺牲型支架，得到所述具有仿生血管网络的组织工程支架。本专利技术为制备具有血管结构的组织工程支架所使用的牺牲型支架原料为单糖或多糖，作为3D打印墨水可塑性高、获得支架快速稳定，后期可快速溶解出去且无毒害成分；而作为血管结构网络的管壁为物理和化学双交联的海藻酸钙，生物相容性好、成型方便快捷、力学强度和弹性性能良好；并且本专利技术的制备方法成型工艺快速简单，制备过程温和，无毒性有机溶剂参与合成，并具有良好的组织相容性，可广泛应用于仿生软骨、皮肤、心肌等组织工程修复材料的研究。本专利技术实施例的另一方面，提供一种由上述的具有血管结构的组织工程支架的制备方法制备的具有血管结构的组织工程支架，其中所述组织工程支架通过3D打印牺牲型的支架后，在支架之间填充光固化高分子，除去支架后形成具有内部中空的3D网络结构的所述组织工程支架。本专利技术所提供的一种3D打印的具血管结构的组织工程支架，内部血管结构等具有整体连通性，精度高，机械强度和力学性能优良，可在仿生血管结构和组织工程支架成型的同时直接加载活细胞，并长期保持细胞活力。实施例一：一种具有血管结构的组织工程支架的制备方法，包括以下步骤：S1.构建三维立体网络模型，通过3D打印出三维网络结构的支架：具体包括：通过MIMICS软件构建三维立体网络模型，将浓度为3g/ml的果糖溶液灌注于3D打印机料筒内，设定针筒温度为120℃，接收板温度为30℃，针头的内径为0.13mm，针头与支架接收装置的距离为0.5mm，XY轴线间距为1.5mm，XY轴平台移动速度为1.5mm/s，挤出速率为0.01mm3/s，Z轴步进高度为0.5mm，获得大小为20mm×20mm，间隙为1.5mm的三维网络结构的牺牲型果糖的支架；S2.将S1打印出的支架浸入钙盐的乙醇混合溶液中，待乙醇挥发后获得表面载有钙盐的支架；具体包括：将氯化钙以5％的浓度溶于无水乙醇中，并将S1中制得的果糖支架置于该混合溶液中，待乙醇挥发后获得表面载有钙盐的果糖支架；此外本专利技术中先使用钙盐在支架表面形成一层钙盐层，用于后期海藻酸钠溶液和其他高分子凝胶溶液在其支架表面的快速交联和包裹。S3.在所述步骤S2的果糖支架中填充经过改性的光固化高分子，经过光固化形成固化的水凝胶支架；具体包括：分别将浓度为10mg/ml的明胶溶液和海藻酸钠溶液，加入溶有30ml三乙胺和30ml甲基丙烯酸异氰基乙酯的丙酮溶液150ml，在37℃环境中磁力搅拌2天；然后将混合溶液加入到5倍体积的丙酮中沉淀后，用PBS溶解，重复该步骤3次以充分除去残余有机溶剂和杂质离子，获得甲基丙烯酸明胶和甲基丙烯酸海藻酸钠，将纯化的产物冻干，于冰箱-20℃保存待用；将步骤S2中的果糖的支架浸没于0.1g/ml的甲基丙烯酸海藻酸钠溶液进行一次物理交联，取出支架后再在该支架中间填充0.1g/ml的甲基丙烯酸明胶和0.1g/ml的Irgacure2959，置于光固化设备中照射10min，紫外光波长为365nm，经过光固后形成固化的水凝胶支架；S4.将固化后的水凝胶支架置于PBS中除去牺牲型支架，得到所述具有仿生血管网络的组织工程支架；将固化后的水凝胶支架置于大量PBS中过夜除去果糖的支架，得到具有仿生血管网络的组织工程支架。本专利技术的具有血管结构的组织工程支架通过一种新颖且快速的的制备方法，使牺牲型糖支架表面快速包裹形成一层海藻酸钙水凝胶和其他高分子凝胶溶液的结构，一方面用于屏蔽并阻止后期加入的光固化高分子溶液对牺牲型糖支架结构的快速溶解而导致结构坍塌，因为由于牺牲型糖支架成分极易溶于水而难于在水凝胶基底内保持并提供该支架结构；另一方面使水凝胶内类血管结构通过海藻酸钙、其他高分子凝胶溶液和光固化高分子的双交联达到更好的机械强度和形貌。由上述方法制备出的具有血管结构的组织工程支架，其中的组织工程支架通过3D打印牺牲型的支架后，在支架之间填充光固化高分子，除去支架后形成具有内部中空的3D网络结构的组织工程支架。该具血管结构的组织工程支架，内部血管结构等具有整体连通性，精度高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有血管结构的组织工程支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.构建三维立体网络模型，通过3D打印出三维网络结构的糖支架；S2.将S1打印出的糖支架浸入钙盐的乙醇混合溶液中，待乙醇挥发后获得表面载有钙盐的糖支架；S3.在所述步骤S2的糖支架中填充经过改性的光固化高分子，经过光固化形成固化的水凝胶支架；S4.将固化后的水凝胶支架置于水、PBS或者细胞培养基中除去糖支架，得到所述具有仿生血管网络的组织工程支架。

【技术特征摘要】
1.一种具有血管结构的组织工程支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.构建三维立体网络模型，通过3D打印出三维网络结构的糖支架；S2.将S1打印出的糖支架浸入钙盐的乙醇混合溶液中，待乙醇挥发后获得表面载有钙盐的糖支架；S3.在所述步骤S2的糖支架中填充经过改性的光固化高分子，经过光固化形成固化的水凝胶支架；S4.将固化后的水凝胶支架置于水、PBS或者细胞培养基中除去糖支架，得到所述具有仿生血管网络的组织工程支架。2.根据权利要求1所述的具有血管结构的组织工程支架的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述糖支架采用浓度为1-3g/ml的糖溶液，通过3D打印获得，其中3D打印步骤中针筒温度为120-150℃，接收板温度为30-40℃，针头的内径为0.13-0.6mm，针头与支架接收装置的距离为0.5mm，XY轴线间距为1-2mm，XY轴平台移动速度为1-4mm/s，挤出速率为0.01-0.1mm3/s，Z轴步进高度为0.3-0.6mm，所述糖溶液为乳糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、阿拉伯糖中的一种或几种加水溶解获得的溶液。3.根据权利要求1所述的具有血管结构的组织工程支架的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述的钙盐为氯化钙、硝酸钙、碳酸氢钙、硫酸氢钙中的一种，混合溶液的浓度为1-10％。4.根据权利要求1所述的具有血管结构的组织工程支架的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，还包括光固化高分子的改性步骤，其包括将高分子凝胶溶液和过量的光交联剂溶于三乙胺和丙酮的混合溶液中，室温中反应2～3天后提纯除去有机溶剂和杂质离子并冷冻干燥于-20～-30℃的环境中。5.根据权利要求4所述的具有血管结构的组织工程支架的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨高洁，吴苏州，李晓云，陈明惠，
申请(专利权)人：深圳市晶莱新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44