一种分叉血管模型及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种分叉血管模型及其制备方法，所述分叉血管模型包括主支血管管路和至少一个分支血管管路，所述分叉血管模型的材质包括生物水凝胶，可增殖的平滑肌细胞或可分化为平滑肌细胞的平滑肌细胞前体细胞和间充质干细胞，所述平滑肌细胞或平滑肌细胞前体细胞的含量为1*10^6至10^7个细胞每克生物水凝胶的，所述间充质干细胞的含量为1*10^5至5*10^6个细胞每克生物水凝胶，所述血管的内壁表面包括可增殖的内皮细胞层。本发明专利技术所提出的分叉血管具有好的血管功能特性，通过该分叉血管建立起的生物模型以及疾病模型，能够进一步满足疾病的病理研究以及治疗性药物的体外筛选的需要。

A bifurcated vascular model and its preparation method

The present invention provides a bifurcated vascular model and a preparation method. The bifurcated vascular model includes a main branch vascular pipeline and at least one branch vascular pipeline. The bifurcated vascular model material includes biohydrogel, proliferative smooth muscle cells or smooth muscle cell precursor cells and mesenchymal stem cells differentiated into smooth muscle cells, and the smooth muscle cells or smooth muscle cells are fine. The content of precursor cells is 1 * 10 ^ 6 to 10 ^ 7 cells per gram of biohydrogel, the content of mesenchymal stem cells is 1 * 10 ^ 5 to 5 * 10 ^ 6 cells per gram of biohydrogel, and the inner surface of the blood vessel includes a proliferative endothelial cell layer. The bifurcated blood vessel has good vascular functional characteristics, and the biological model and disease model established by the bifurcated blood vessel can further meet the needs of pathological research of diseases and in vitro screening of therapeutic drugs.

【技术实现步骤摘要】
一种分叉血管模型及其制备方法
本专利技术属于组织工程中的人工器官和器官芯片的领域，具体涉及一种具有分叉血管模型及其制备方法。
技术介绍
目前市面上销售的人造血管一般采用化学材料如合成聚合物来制作(如ePTEF材料，polyethyleneterephthalatefibre)，这些材料所制作的人造血管模型，通常用于少量替代病患体内部份血管，通常是较大血管(6mm直径以上)。然而，这些人造血管是由化学材料制作的，所以人造血管中并不含有细胞和活体物质，因此具有很少的生物功能性，只是作为一段血管的通道。现有采用生物材料制备人造血管系采用生物材料支架法，如：通过对材料(如PCL)的塑形制作支架结构，以制作血管支架。然后部分工作中，对该材料表面种植细胞，使其生成表面覆盖有细胞的人造血管，这些细胞在长期的培养过程中(几个月的周期)可以逐渐溶解生物材料并再生。该方法的缺点是细胞生长在生物材料的内外表面，需要很长的时间才能生长并形成具有较好的生物结构的血管，该血管的生物功能性较差，不具有包括收缩和舒张在内的血管的功能性。最近报道的采用3D打印技术制作的人造血管，采用甲基丙烯酸修饰的明胶(GelMA)材料或者PEGDA材料，通过3D打印机进行打印，与此同时经过紫外光交联生成特定的结构。部分3D打印过程中可将细胞混入GelMA或PEGDA水凝胶，从而得到含有细胞的3D打印人造血管。然而该方法具有显著的缺点是，3D打印材料中因为添加了光敏基团用于紫外光交联，而这些光敏基团的单体往往存在细胞毒性，因此对血管的功能性有害；同时这些3D打印材料经过光交联将生成致密的化学键网络，将细胞完全包裹在凝胶中，细胞虽然仍然可以部分存活，但是其活性和功能性受到严重影响。因此，采用3D打印技术制作的人造血管由于材料学的缺陷，具有一定的毒性，且细胞功能性不足。最近报道的具有生物功能性的人造血管，其制备采用细胞片层法。具体做法是将细胞培养在二维平面基底上，形成细胞片层后，将细胞片层经过蜷曲，生成管状人造血管。然而采用细胞片层法制备人造血管模型的制作工艺复杂，制作周期很长，制作一个成熟的人造血管模型通常需要1个半月以上。另外，该方法还具有的显著缺点是该方法只能制作结构较为简单的直的人造血管。而人体真实的血管形状复杂，但细胞片层法难以制作这些具有复杂结构的人造血管。此外，还有使用混有细胞的水凝胶成型法制作直形的人造血管模型的报道。然而，在制备人造血管模型的过程中，由于人造血管模型在生物医学方面的特殊用途，导致对制备材料在尺寸、温度、无毒、纯净方面的要求非常严格，又由于人造血管模型本身的脆弱性，导致在制备、安装、拆卸方面的严格要求，使得目前人造血管模型的制备研发没有获得进一步的突破，无法制作复杂血管结构，不能满足组织工程领域对生物模型及疾病模型进一步提升的要求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种分叉血管模型及其制备方法，具体技术方案如下：一种分叉血管模型,所述分叉血管模型包括主支血管管路和至少一个分支血管管路，所述分叉血管模型的材质包括生物水凝胶，可增殖的平滑肌细胞或可分化为平滑肌细胞的平滑肌细胞前体细胞和间充质干细胞，所述平滑肌细胞或平滑肌细胞前体细胞的含量为1*10^6至10^7个细胞每克生物水凝胶的，所述间充质干细胞的含量为1*10^5至5*10^6个细胞每克生物水凝胶，所述血管的内壁表面包括可增殖的内皮细胞层。在本专利技术中，分叉血管模型同时具有平滑肌细胞以及相配合的间充质干细胞。平滑肌细胞构成分叉血管内壁的主要成分之一，实现血管收缩和舒张的功能；间充质干细胞在分叉血管中分泌细胞外基质，填补血管中的缺陷，并响应外界刺激，在血管受损时扩增并分化，进行血管修复，同时间充质干细胞的繁殖和分化还进一步提高了血管壁的致密性和平滑肌细胞的收缩功能。进一步地，主支血管管路包括直形管路部10和弧形管路部9，所述至少一个分支血管管路11位于所述直形管路部10和/或弧形管路部9上。在本专利技术中，分叉血管模型具有弧形结构和分叉结构，由于分叉和弧形结构造成了在这些区域的血流方向和强度的变化，可以用于模拟生成病理学上动脉粥样硬化斑块。进一步地，分叉血管模型的材质所包括的生物水凝胶可以是I型胶原蛋白和IV型胶原蛋白中的一种或组合。进一步地，生物水凝胶中的胶原成分含量优选在2mg/ml至5mg/ml之间，在增加血管强度的同时，为平滑肌细胞增长提供足够的空间。作为进一步优选，生物水凝胶的成分扩展还包括层海藻多糖(Alginate)，海藻多糖(Alginate)与生物水凝胶质量百分比为0.5％-2％，加入该分量的Alginate可进一步提升血管的弹性。进一步地，所述可增殖的平滑肌细胞或可分化为平滑肌细胞的平滑肌细胞前体细胞与生物水凝胶的含量比例在2*10^6至10^7个细胞每克生物水凝胶，这样既可以保证平滑肌细胞的数量，又不会因平滑肌细胞过多而造成水凝胶的脆性增加。进一步地，所述可增殖的内皮细胞层是经过灌注附着在血管的内壁表面生成内皮层，用于灌注的灌注液中内皮细胞的数量在5*10^6到2*10^7/ml；用于灌注的内皮细胞的数量在5*10^6到2*10^7/ml为适宜，即可保证内皮细胞的数量可以覆盖血管壁，又不会应为数量过多而产生内皮细胞堆积过密从而造成内皮细胞的死亡。本专利技术还提出一种分叉血管模型的制备方法，包括以下步骤：生成模具的配置：配置生成模具形成分叉血管模型的主支血管管路和至少一个分支血管管路，包括可拆卸连接分叉占位组件用于限定所述主支血管管路和至少一个分支血管管路的血管内壁，所述分叉占位组件包括直形占位组件和/或弧形占位组件；还包括可拆卸连接血管壁盖组件，用于形成所述主支血管管路和至少一个分支血管管路的血管壁生成腔；所述占位组件设置在所述血管壁生成腔中；所述生成模具上设置灌注入口和气体出口；生成材料的配置：所述生成材料包括生物水凝胶前聚体，可增殖的平滑肌细胞或可分化为平滑肌细胞的平滑肌细胞前体细胞和间充质干细胞。作为优选，生成材料中可增殖的平滑肌细胞或可分化为平滑肌细胞的平滑肌细胞前体细胞与生物水凝胶前聚体比例优选为2*10^6至10^7个细胞每克生物水凝胶前聚体。所述间充质干细胞的含量为1*10^5至5*10^6个细胞每克生物水凝胶，间充质干细胞的数量进一步优选为平滑肌细胞数量的十分之一。血管模型的灌注成型：向生成模具中灌注所述生成材料，经固化成型，获得具有雏形的分叉血管模型；血管内皮层的灌注成型：拆除生成模具，向具有雏形的分叉血管模型中灌入血管培养液，所述血管培养液中包含内皮细胞悬液，经粘附培养，生成血管内皮层，获得成型的分叉血管模型。进一步地，上述固化成型是指经过温度诱导固化和化学诱导固化中的一种或组合，所述化学诱导是指采用pH或盐离子诱导的中的一种或组合。固化成型优选经过20-37摄氏度以及化学诱导固化，半个小时左右的时间内，生物水凝胶预聚体中胶原蛋白以及其他组分(优选加入质量百分比为0.5％-2％Alginate)聚合生成了具有一定机械强度的水凝胶，作为人造血管的血管壁。进一步地，血管内皮层的灌注成型的步骤中，在拆除生成模具后配置灌流模块，包括在具有雏形的分叉血管模型的血管端口连接灌流，所述向具有雏形的分叉血管模型中灌入血管培养液是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分叉血管模型,其特征在于：所述分叉血管模型包括主支血管管路和至少一个分支血管管路，所述分叉血管模型的材质包括生物水凝胶，可增殖的平滑肌细胞或可分化为平滑肌细胞的平滑肌细胞前体细胞和间充质干细胞，所述平滑肌细胞或平滑肌细胞前体细胞的含量为1*10^6至10^7个细胞每克生物水凝胶，所述间充质干细胞的含量为1*10^5至5*10^6个细胞每克生物水凝胶，所述血管的内壁表面包括可增殖的内皮细胞层。

【技术特征摘要】
1.一种分叉血管模型,其特征在于：所述分叉血管模型包括主支血管管路和至少一个分支血管管路，所述分叉血管模型的材质包括生物水凝胶，可增殖的平滑肌细胞或可分化为平滑肌细胞的平滑肌细胞前体细胞和间充质干细胞，所述平滑肌细胞或平滑肌细胞前体细胞的含量为1*10^6至10^7个细胞每克生物水凝胶，所述间充质干细胞的含量为1*10^5至5*10^6个细胞每克生物水凝胶，所述血管的内壁表面包括可增殖的内皮细胞层。2.根据权利要求1所述的分叉血管模型，其特征在于：所述述主支血管管路包括直形管路部(10)和弧形管路部(9)，所述至少一个分支血管管路(11)位于所述直形管路部(10)和/或弧形管路部(9)上。3.根据权利要求1-2任一所述的分叉血管模型，其特征在于：所述生物水凝胶包括I型胶原蛋白，IV型胶原蛋白中的一种或组合，生物水凝胶中胶原蛋白的含量比例为2mg/ml至5mg/ml。4.根据权利要1-2任一所述的分叉血管模型，其特征在于：所述生物水凝胶中还包括海藻多糖，所述海藻多糖与生物水凝胶质量百分比为0.5％-2％。5.根据权利要1-2任一所述的分叉血管模型，其特征在于：所述可增殖的平滑肌细胞或可分化为平滑肌细胞的平滑肌细胞前体细胞与所述生物水凝胶的含量比例在2*10^6至10^7个细胞每克生物水凝胶。6.根据权利要1-2任一所述的分叉血管模型，其特征在于：所述可增殖的内皮细胞层是通过灌注在分叉血管模型的内壁表面生成的可增殖的内皮细胞层，用于灌注的灌注液中内皮细胞的数量在5*10^6至2*10^7/ml。7.根据权利要求1-2任一所述分叉血管模型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：生成模具的配置：配置生成模具形成分叉血管模型的主支血管管路和至少一个分支血管管路，包括可拆卸连接分叉占位组件用于限定所述主支血管管路和至少一个分支血...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈早早，顾忠泽，葛健军，张静，
申请(专利权)人：东南大学苏州医疗器械研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32