多流道组织支架及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种多流道组织支架及其制备方法与应用。多流道组织支架，包括组织支架本体，所述本体的顶部至底部具有中空的第一通道，所述本体的侧面还具有至少一个中空的第二通道，所述第一通道与所述第二通道的夹角为0‑90°；所述组织支架本体为多孔结构。本发明专利技术多流道组织支架可进行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，并可用于细胞生物学、组织工程、体外药物检测、病理学和药理学研究。

Multichannel scaffolds and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
多流道组织支架及其制备方法与应用
本专利技术涉及可用作细胞培养的多流道组织支架，尤其涉及一种带复杂内部流道的组织支架及其制备方法与应用。
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、构建细胞组织模型、以及药物筛选和评价，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，二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。但是二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。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
本专利技术提供一种多流道组织支架，可用于大规模三维细胞培养，并有望被应用于病损组织器官的修复。利用本专利技术多流道组织支架可进行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，并可用于细胞生物学、组织工程、体外药物检测、病理学和药理学研究。本专利技术技术方案如下：一种多流道组织支架，包括组织支架本体，所述本体的顶部至底部具有中空的第一通道，所述本体的侧面还具有至少一个中空的第二通道，所述第一通道与所述第二通道的夹角为0-90°；所述组织支架本体为多孔结构。进一步地，所述组织支架本体的高度与直径(指外径)的比例为1000:(900-1500)，优选为1000:1000。这样设置的优点在于兼顾了组织支架理想的表面积、氧气扩散、微流道和加工参数等多方面，从而有利于体外三维细胞培养。在一些实施例中，所述多流道组织支架的高度在1000±150μm范围内。在一些实施例中，所述多流道组织支架的直径(指外径)在900-2000μm范围内。在一些实施例中，所述多流道组织支架的直径(指外径)在1100-1300μm范围内。在一些实施例中，所述多流道组织支架的直径(指外径)2000μm，高度为2000μm。在一些实施例中，所述多流道组织支架本体的厚度(不含第一通道)在300-400μm之间。在一些实施例中，所述第一通道的直径为300-800μm。在一些实施例中，所述第二通道的直径为250-600μm。在一些实施例中，所述第一通道与所述第二通道的夹角为90°。在一些实施例中，所述第二通道为一个。在一些实施例中，所述第二通道为两个。在一些实施例中，所述第二通道为三个。在一些实施例中，所述第二通道为四个。在一些实施例中，所述第二通道为四个以上。本专利技术通过设置二个或二个以上第二通道的增加了支架的比表面积，促进了细胞吸附，提高了营养交流的效率。当所述第二通道为二个或两个以上时，这些第二通道可在同一平面上，也可不在同一平面上，彼此之间的夹角为0-180°，例如90°左右。本专利技术中，所述组织支架本体为多孔结构。在一些实施例中，所述组织支架本体的孔隙率为60-94％。这样可以增加表面积、支持营养物质通过微通道进行传输并刺激细胞的生理功能，比如血管形成等。在一些实施例中，所述本体的材料为生物可降解材料，其生物相容性与降解性良好，且具有较好的力学性能。在本专利技术一些实施例中，所述生物材料包括但不限于聚己内酯(Polycaprolactone,PCL)、多聚左旋赖氨酸(Polyl-lysine,PLL)、聚乳酸羟基乙酸共聚物(Poly(lacticacidglycolicacid),PLGA)、聚谷氨酸(Polyglutamicacid,PGA)等中的一种或几种。本专利技术还提供一种如上所述的组织支架的制备方法，包括：构建所述组织支架的三维模型；切片和生成所述三维模型的3D打印程序；利用选择性激光烧结技术进行3D打印。在本专利技术一些实施例中，可采用Autodesk-SolidWorks2019软件绘制所述组织支架的三维模型。在本专利技术一些实施例中，可将Autodesk-SolidWorks2019软件绘制的组织支架进行程序转化，可直接编入激光烧结设备中开展后续打印工艺。在本专利技术一些实施例中，采用铺粉式激光烧结技术进行烧结。优选使用尺寸为30-100μm的生物材料颗粒进铺粉式激光烧结。其优点在于其可在支架内部形成微孔隙结构，便于后续种植细胞时，细胞进入和粘附在支架上。本专利技术所用选择性激光烧结(或铺粉式激光烧结)方法的原理为选择性激光烧结方式，该方法可根据输入的数字模型快速、准确地得到具有微纳结构的三维支架。该方法还具有多材料成形，构建尺寸大和无需模具的优点。可针对应用目的和不同技术方案对制备过程中的温度，激光功率等参数进行设置。在本专利技术一些实施例中，使用的激光器为CO2激光器，光斑直径130μm，使用的激光功率为5.27瓦特；使用的扫描间距、扫描速度和涂层厚度参数分别为0.062μm、1530mm/s和100μm。在本专利技术一些实施例中，还包括将所述组织支架的本体进行表面处理，蛋白交联改性的步骤，以更好地适用于大规模细胞培养。本专利技术还提供另一种如上所述的组织支架的制备方法，包括：构建所述组织支架的所述通道的三维模型；切片和生成所述三维模型的3D打印程序；利用3D打印技术打印出所述通道的三维模型；将生物材料浇铸到所述三维模型上形成所述组织支架的本体结构；去除所述三维通道模型，得到所述组织支架。在本专利技术一些实施例中，可采用Autodesk-SolidWorks2019软件绘制所述组织支架的通道的三维模型。在本专利技术一些实施例中，可将Autodesk-SolidWorks2019软件绘制的模具进行程序转化，可直接编入3D打印设备中开展后续打印工艺。在本专利技术一些实施例中，利用微挤出3D打印技术进行打印。在本专利技术一些实施例中，所述三维模型的模具的材料为水溶性材料，包括但不限于聚乙烯醇，蔗糖等。在本专利技术一些实施例中，将所述生物材料以氯仿等溶剂制成溶液，该溶液的浓度可为60-100mg/ml，例如80mg/ml。在本专利技术一些实施例中，还包括将带有所述模具的所述组织支架的本体或去除所述模具的所述组织支架的本体进行冷冻干燥的步骤或热气体发泡处理的步骤。冷冻干燥或热气体发泡处理可以在所述组织支架的本体上形成微孔结构，从而有利于细胞生长和贴附；形成的微孔利于形成微孔道，利于营养物质的传输；同时，形成的微结构也有利于细胞的粘附和生长，对于血管内皮细胞易产生细胞的生长和聚合。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多流道组织支架，包括：组织支架本体，所述本体的顶部至底部具有中空的第一通道，所述本体的侧面还具有至少一个中空的第二通道，所述第一通道与所述第二通道的夹角为0-90°；所述组织支架本体为多孔结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种多流道组织支架，包括：组织支架本体，所述本体的顶部至底部具有中空的第一通道，所述本体的侧面还具有至少一个中空的第二通道，所述第一通道与所述第二通道的夹角为0-90°；所述组织支架本体为多孔结构。


2.根据权利要求1所述的多流道组织支架，其中，所述组织支架本体的高度与直径的比例为1000:(900-1500)，优选为1000:1000；和/或，
所述多流道组织支架的高度在1000±150μm范围内；和/或，
所述多流道组织支架的直径在900-2000μm范围内。


3.根据权利要求1或2所述的多流道组织支架，其中，所述多流道组织支架本体的厚度在300-400μm之间；和/或，
所述第一通道的直径为300-800μm；和/或，
所述第二通道的直径为250-600μm。


4.根据权利要求1-3任一项所述的多流道组织支架，其中，所述第二通道为一个、两个、三个、四个或四个以上。


5.根据权利要求1-4任一项所述的多流道组织支架，其中，所述组织支架本体的孔隙率为60-94％。


6.根据权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞媛，刘天坤，酒井康行，孙伟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11