一种生物性高仿生人工气管制造技术

一种生物性高仿生人工气管，包括一个支撑物，所述的支撑物由医用硅胶管构成，所述的支撑物的外周套设有两个以上数目的软骨环和两个以上数目的环状胶原支架，所述的软骨环和环状胶原支架沿支撑物的延伸方向交替排列在支撑物的外周，任意一个软骨环与其相邻的环状胶原支架之间的间隙均为零。本实用新型专利技术的生物性高仿生人工气管相比已有技术具有更好的力学强度。

【技术实现步骤摘要】
一种生物性高仿生人工气管
本技术涉及人类生活用品，尤其涉及医疗器械，特别是一种生物性高仿生人工气管。
技术介绍
目前为止，由肿瘤、创伤等所引起的长段气管缺损的治疗在临床上仍属于一大难题。长段气管缺损往往需要植入气管替代物。理想的气管替代物应具有以下优点：（1）良好的生物相容性；（2）软骨环与纤维结缔组织相交替的仿生结构；（3）适宜的力学强度；（4）有利于血管化。现有的气管替代物主要包括同种异体气管和组织工程气管。同种异体气管由于其供体有限，难以应用到长段气管缺损患者。此外，同种异体气管由于其免疫原性的存在，易引起宿主的免疫排斥反应，导致气管植入物的失败。组织工程的发展为气管移植指明了方向。组织工程气管是应用具有良好生物相容性的材料为支架，结合组织培养技术，体外培养出具有特定形状和良好力学性能的气管再生物。虽然组织工程气管解决了异体免疫、供体来源的问题，但如何构建出具有精准仿生天然气管的结构功能一直是组织工程气管的难题之一。天然气管结构是一个由软骨环与纤维结缔组织交替连接而成中空管状结构，该结构不但能够维持气管中空结构以发挥通气功能，还能够保证颈部正常的伸缩及侧向弯曲功能，并且对气管软骨及内腔的上皮结构提供了丰富的血供。目前学者们应用组织工程技术构建的气管几乎均为一体化长段软骨管（一整块的完整的软骨组织）。虽然可以通过3D打印技术精准控制其长度与内径大小，然而这只能算是初级的气管仿生，比如CN201510468731.3号专利中所描述的气管支架构建就是一体化构建整段气管支架，进而体外软骨培养。大块管状软骨体外构建存在构建难度高，管壁软骨厚度难以控制，力学强度不足等缺点。就算经过极其精细的程序构建出了足够力学强度的均质软骨管，其仍然不具备天然气管所特有的软骨环与纤维结缔组织相交替的结构，必然会影响颈部气管正常的伸缩及弯曲功能，并且不利于气管软骨及内腔上皮的血液供应，其最终的结果是导致长段气管修复失败。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种生物性高仿生人工气管，所述的这种生物性高仿生人工气管要解决现有技术中的一体化长段气管构建难度高，影响颈部气管正常的伸缩及弯曲功能，并且不利于气管软骨及内腔上皮的血液供应，其最终导致长段气管修复失败的技术问题。本技术提供了一种生物性高仿生人工气管，所述的这种生物性高仿生人工气管包括一个支撑物，所述的支撑物由医用硅胶管构成，所述的支撑物的外周套设有两个以上数目的软骨环和两个以上数目的环状胶原支架，所述的软骨环和环状胶原支架沿支撑物的延伸方向交替排列在支撑物的外周，任意一个软骨环与其相邻的环状胶原支架之间的间隙均为零。具体的，上述生物性高仿生人工气管，可通过如下步骤制作：1)提取兔外耳廓软骨细胞，消化、分散，体外培养扩增；2)利用3D打印技术，参照天然气管软骨环规格，制备环状浇注模具；3)将天然胶原充分溶解于去离子水中，使天然胶原的质量百分比浓度为1%，将此胶原溶液注入上述浇注模具中浇注成环状胶原支架；4)将上述的环状胶原支架放入-60~-100℃的冰箱中冷冻1-3小时，再放入真空冷冻干燥箱中干燥36~72小时，然后将环状胶原支架置入EDC（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐）溶液中进行交联，将交联后的支架放入-60~-100℃的冰箱中冷冻1-3小时，再放入真空冷冻干燥箱中干燥36~72小时，完成环状胶原支架的制备；5)将制备好的环状胶原支架取出，进行环氧消毒，获得环状胶原支架；6)使用步骤1）P2期的软骨细胞，按100万个细胞/ml的浓度，接种到消毒后的环状胶原支架上，形成细胞-环状胶原支架复合物，体外培养8周形成软骨环；7)选用与步骤5）的环状胶原支架内径相匹配的医用硅胶管作为支撑物，将体外培养8周的软骨环与单纯的步骤5）的环状胶原支架，交替套于医用硅胶管上，确保各环之间没有间隙，得到完整的高仿生再生气管。本技术采用天然胶原为原料制备成环状支架，一部分通过接种软骨细胞且体外培养形成软骨环，然后与另一部分不接种细胞的胶原环状支架交替套叠在硅胶管内支撑上，模拟天然气管软骨环与纤维结缔组织相交替的结构，最终构建的组织工程气管在结构与功能上对天然气管做到了精确仿生。本技术利用天然胶原作为原料制备环状胶原支架：支架内、外径可控，支架厚度可控；在平面水平上将软骨细胞接种到支架材料；大约8周时间材料降解，行成单纯软骨环；然后将体外培养8周的软骨环与单纯环状胶原支架环，交替套于硅胶管，确保各环之间没有间隙，得到完整高仿生气管。本技术和已有技术相比，其技术效果是积极和明显的。本技术通过组织工程方法构建的软骨环，不存在免疫排斥放应（天然胶原被认为是无免疫原性的生物材料）；赋予单一软骨环更好的力学强度，从而提升整段气管力学强度，达到长期维持管状中空结构的目的。目前很多组织工程气管多采用有一定力学强度的支架来维持其官腔结构，专利号CN201510468731.3所述气管支架的构建方式。本技术采用天然结缔组织链接软骨环，赋予整段软骨具有拉伸性以及弯曲性，解决了临床实际需求；将复杂的长段气管构建简化为简单的单个软骨环构建，不仅可以简化构建组织工程气管的难度，而且有利于对气管结构的精准控制及有效缩短构建长段气管时间。未来应用到体内，随着胶原环状支架的降解，血管结缔组织将随之长入，最终有利于组织工程气管软骨环及内腔上皮的血供。附图说明图1是制作本技术的生物性高仿生人工气管的工艺流程图。（附图1中的标记分别代表：11、加入胶原；22、交联&冻干；33、胶原环；44兔耳软骨；55、分离软骨细胞；66、软骨细胞扩增；77、细胞胶原环复合物；88、软骨环；99、胶原环、10、仿生气管。）图2是本技术中的细胞-环状胶原支架复合物体外构建的效果图。图3是本技术中体外构建软骨环的大体观及组织学结构。图4是本技术中体外构建软骨环的力学性能检测。图5为本技术的生物性高仿生人工气管的结构示意图。具体实施方式实施例1如图1所示，本技术提供了一种生物性高仿生人工气管的制备方法，包括如下步骤：1)取4周龄新西兰大耳白兔，2%戊巴比妥钠静脉麻醉后于无菌条件下切取单侧耳廓，眼科剪游离软骨层，将软骨层剪切成碎片后加入胶原酶消化液消化6小时，而后取其消化上清液离心（1800rpm，8min，37℃）、重悬软骨细胞，以1.0*104/cm2（约0.8~1*106个/培养皿）的浓度接种至10cm培养皿，置于37℃，5%CO2，饱和湿度条件下培养，常规方法培养扩增至第二代；2)利用3D打印技术，参照天然气管软骨环规格，制备环状浇注模具（内径1.6cm，外径2.0cm）；3)将天然胶原充分溶解于去离子水中，使得天然胶原的质量百分比浓度为1%，将此胶原溶液注入上述的浇注模具中浇注成环状胶原支架；4)将上述的环状胶原支架放入-60~-100℃冰箱冷冻1-3小时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物性高仿生人工气管，其特征在于：包括一个支撑物，所述的支撑物由医用硅胶管构成，所述的支撑物的外周套设有两个以上数目的软骨环和两个以上数目的环状胶原支架，所述的软骨环和环状胶原支架沿支撑物的延伸方向交替排列在支撑物的外周，任意一个软骨环与其相邻的环状胶原支架之间的间隙均为零。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物性高仿生人工气管，其特征在于：包括一个支撑物，所述的支撑物由医用硅胶管构成，所述的支撑物的外周套设有两个以上数目的软骨环和两个以上...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇，姜格宁，段亮，周广东，刘延群，李亚强，朱雅莲，
申请(专利权)人：上海市肺科医院，
类型：新型
国别省市：上海;31