大块组织的生物3D打印方法技术

本发明专利技术涉及一种大块组织的生物3D打印方法，将配置后的牺牲材料和实现血管化的细胞置于注射器中，得到第一混合溶液及其对应的第一凝胶材料，将配置后的基体材料与组织细胞混合，得到第二混合溶液及相应的第二凝胶材料，装入3D打印机，将3D打印机的出口连接同轴打印喷头上，使同轴打印喷头按照预定的路径轨迹根据待打印器官文件开始打印，使挤出的凝胶纤维在制冷平台上凝胶化，将凝胶纤维中的基体材料成分进行不可逆的固化，得到打印结构，浸入到第二设定温度的培养基中，形成中空流道结构，获得带血管细胞的网络结构，对血管网络结构进行动态培养，促进结构体内部的血管网络的重建，以得到保持流道有效性的血管化的三维组织结构体。结构体。结构体。

【技术实现步骤摘要】
大块组织的生物3D打印方法


[0001]本专利技术涉及生物制造
，尤其涉及一种大块组织的生物3D打印方法。

技术介绍

[0002]近年来，3D打印技术逐渐被用于组织工程和再生医学方面，以此来解决器官供体缺乏的问题。传统的组织工程技术的思路，是将事先打印好的生物支架种上相应的细胞，进行体外模拟生物体内培养或移植到体内。相较于传统的组织工程来说，生物3D打印技术则在打印组织或器官中就将细胞混合在生物墨水中。从而能够实现细胞密度，多类细胞在不同结构材料中的空间分布可控.因此生物打印技术，又称细胞打印和器官打印，开始逐渐成为生物器官制造的研究热点。
[0003]2015年浙江大学贺永课题组提出了一种原创性的同轴打印工艺，打印了中空凝胶管并实现以中空管为单元的三维结构打印，为三维结构提供了营养流道网络。基于凝胶管状单元的多功能同轴生物结构体制造工艺，相比于传统打印工艺，在打印过程中在打印单元上，提供更好地打印单元思路，但是由于中空管结构强度往往不足以支撑整个结构，从而导致结构坍塌，流道有效性受到影响。另外原打印方法在打印组织内部的血管化重建，需要二次灌注内皮等血管化功能细胞，操作较为繁琐。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为克服现有技术的不足而提供一种大块组织的生物3D打印方法，本专利技术首创了牺牲层材料策略，将牺牲层材料和结构体材料协同并相互促进各自的打印性能，从而保证了相应结构保证度和流道网络的完整性。
[0005]根据本专利技术提出的一种大块组织的生物3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006]分别配置牺牲材料和基体材料，将配置后的牺牲材料和实现血管化的细胞(如内皮细胞，可通过诱导分化为内皮组织的细胞)置于注射器中，放置在恒温搅拌器上均匀混合，得到第一混合溶液，将所述第一混合溶液冷凝至凝胶状态，得到第一凝胶材料；
[0007]S20，将配置后的基体材料与组织细胞混合，得到第二混合溶液，将第二混合溶液冷凝至凝胶状态，得到第二凝胶材料，将第一凝胶材料和第二凝胶材料装入3D打印机，同时将3D打印机的出口连接同轴打印喷头上；
[0008]S30，启动制冷平台，将制冷平台的表面温度调整至第一设定温度，使同轴打印喷头能够稳定出丝；所述第一设定温度的取值范围为-2～37℃；
[0009]S40，启动打印软件，使同轴打印喷头按照预定的路径轨迹根据待打印器官文件开始打印，使挤出的凝胶纤维在制冷平台上凝胶化，将凝胶纤维中的基体材料成分进行不可逆的固化，得到打印结构；
[0010]S50，将打印结构浸入到第二设定温度的培养基中，溶解在内层的牺牲材料，形成中空流道结构，同时内载的实现血管化的细胞沉积并粘附在流到网络内壁，形成内皮化的血管网络结构；所述第二设定温度的取值范围为5～37℃；
[0011]S60，对内皮化的血管网络结构进行动态培养，促进结构体内部的血管网络的重建，以得到血管化的三维组织结构体实现血管化的细胞实现血管化的细胞。
[0012]进一步地，步骤S10之前，还包括：
[0013]获取目标器官的CT数据或MRI数据，将CT数据或MRI数据转换成3D打印机可识别的格式文件，得到待打印器官文件。
[0014]进一步地，所述同轴打印喷头包括外喷头和内喷头。
[0015]进一步地，所述外喷头的内径取值范围为0.6～3mm，内喷头内径取值范围为0.15～0.5mm。
[0016]进一步地，所述制冷平台包括温度控制面板，温控系统，制冷结构；所述温度控制面板实时设读取温度设定指令，并将温度设定指令发送到温控系统；温控系统在接收温度设定指令进行制冷运作，制冷结构通过在制冷的过程中实现制冷板温度的调控同时将温度反馈给制冷系统，进一步反馈给温度控制面板进而实现温度的负反馈，从而达到温度的实时可调控。
[0017]进一步地，分别配置牺牲材料和基体材料的过程包括：
[0018]将牺牲材料的质量浓度配置为第一设定质量浓度，将基体材料的质量浓度配置为第二设定质量浓度；所述第一设定质量浓度的取值范围为4～60％；所述第二设定质量浓度的取值范围为5～40％。
[0019]进一步地，第一设定质量浓度的取值范围为4～30％；所述第二设定质量浓度的取值范围为10-25％。
[0020]进一步地，所述使挤出的凝胶纤维在制冷平台上凝胶化，将凝胶纤维中的基体材料成分进行不可逆的固化，得到打印结构还包括：
[0021]将第二凝胶材料通入喷头外管道，将第一凝胶材料通入喷头内管道，将第一凝胶材料和第二凝胶材料从3D打印机的喷头挤出形成稳定的凝胶纤维，将凝胶纤维沉积至制冷平台进行凝胶化，对凝胶化后的凝胶纤维进行不可逆固化处理，得到打印结构。
[0022]进一步地，所述牺牲材料包括明胶及其衍生物或F127。
[0023]进一步地，第一设定温度的取值范围为2～20℃。
[0024]本专利技术的实现原理是：上述本专利技术的大块组织的生物3D打印方法，通过分别配置牺牲材料和基体材料，将配置后的牺牲材料和实现血管化的细胞置于注射器中，放置在恒温搅拌器上均匀混合，得到第一混合溶液，将所述第一混合溶液冷凝至凝胶状态，得到第一凝胶材料实现血管化的细胞，将配置后的基体材料与组织细胞混合，得到第二混合溶液，将第二混合溶液冷凝至凝胶状态，得到第二凝胶材料，将第一凝胶材料和第二凝胶材料装入3D打印机，同时将3D打印机的出口连接同轴打印喷头上，启动制冷平台，将制冷平台的表面温度调整至第一设定温度，使同轴打印喷头能够稳定出丝，再启动打印软件，使同轴打印喷头按照预定的路径轨迹根据待打印器官文件开始打印，使挤出的凝胶纤维在制冷平台上凝胶化，将凝胶纤维中的基体材料成分进行不可逆的固化，得到打印结构，再将打印结构浸入到第二设定温度的培养基中，溶解在内层的牺牲材料，形成中空流道结构，同时内载的实现血管化的细胞沉积并粘附在流到网络内壁，形成内皮化的血管网络结构，然后对内皮化的血管网络结构进行动态培养，促进结构体内部的血管网络的重建，以得到保持流道有效性的血管化的三维组织结构体，其中将同轴打印和牺牲打印结合，打印三维结构，在成型后将
牺牲材料从打印结构体中自动去除形成流道网络结构，牺牲材料和结构体材料协同相互促进各自的打印性能，保证了相应结构保证度和流道网络的完整性，有效地规避了传统3D生物打印技术制备的水凝胶结构体强度较差，无法有效构建组织和器官结构体模型的弊端。
[0025]本专利技术与现有技术相比其显著优点在于：
[0026]第一，本专利技术首创了牺牲层材料策略，将牺牲层材料和结构体材料协同并相互促进各自的打印性能，从而保证了相应结构保证度和流道网络的完整性，有效地规避了传统3D生物打印技术制备的水凝胶结构体强度较差，无法有效构建组织和器官结构体模型的弊端。
[0027]第二，本专利技术则利用三维建模，通过3D同轴打印技术，可制备得到任意尺寸的中空结构；从而克服了采用传统的模具浇筑成型技术制备得到的水凝胶材料特征取决于所使用的模具，且内部营养网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大块组织的生物3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：S10，分别配置牺牲材料和基体材料，将配置后的牺牲材料和实现血管化的细胞置于注射器中，放置在恒温搅拌器上均匀混合，得到第一混合溶液，将所述第一混合溶液冷凝至凝胶状态，得到第一凝胶材料；S20，将配置后的基体材料与组织细胞混合，得到第二混合溶液，将第二混合溶液冷凝至凝胶状态，得到第二凝胶材料，将第一凝胶材料和第二凝胶材料装入3D打印机，同时将3D打印机的出口连接同轴打印喷头上；S30，启动制冷平台，将制冷平台的表面温度调整至第一设定温度，使同轴打印喷头能够稳定出丝；所述第一设定温度的取值范围为-2～37℃；S40，启动打印软件，使同轴打印喷头按照预定的路径轨迹根据待打印器官文件开始打印，使挤出的凝胶纤维在制冷平台上凝胶化，将凝胶纤维中的基体材料成分进行不可逆的固化，得到打印结构；S50，将打印结构浸入到第二设定温度的培养基中，溶解在内层的牺牲材料，形成中空流道结构，同时内载的实现血管化的细胞沉积并粘附在流到网络内壁，形成内皮化的血管网络结构；所述第二设定温度的取值范围为5～37℃；S60，对内皮化的血管网络结构进行动态培养，促进结构体内部的血管网络的重建，以得到血管化的三维组织结构体。2.根据权利要求1所述的大块组织的生物3D打印方法，其特征在于，步骤S10之前，还包括：获取目标器官的CT数据或MRI数据，将CT数据或MRI数据转换成3D打印机可识别的格式文件，得到待打印器官文件。3.根据权利要求1所述的大块组织的生物3D打印方法，其特征在于，所述同轴打印喷头包括外喷头和内喷头。4.根据权利要求3所述的大块组织的生物3D打印方法，其特征在于，所述外喷头的内径取值范围为0.6～3mm，内喷头内径取值范围为0.15～0.5m...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺永，陈路路，邵磊，高庆，
申请(专利权)人：苏州永沁泉智能设备有限公司，
类型：发明
国别省市：