一种用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具及其使用方法技术

本发明专利技术提供一种用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具及其使用方法，使用亚克力作为模具的主要材料，该模具主要由支撑模具、注胶模具、灌流模具组成。其中支撑模具两侧有用于储液池和灌流的进出口以及金属管，注胶模具上层有用于加样的注胶孔。模具构建及使用方法，按照以下步骤进行：通过组织工程方法制备兼具机械强度与生物相容性的胶原血管结构；构建胶原血管外层肌肉束结构；接种内皮细胞构建工程化血管结构；灌流共培养构建具有多级血管结构的肌肉组织。该模型可用于构建仿生的工程三维的血管化肌肉纤维束，可用于高通量药物测试、功能植入物、软体机器人。软体机器人。软体机器人。

【技术实现步骤摘要】
一种用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具及其使用方法


[0001]本专利技术涉及将芯片技术应用到体外构建血管化肌肉模型的
，具体而言，尤其涉及一种用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具及其使用方法。

技术介绍

[0002]肌肉细胞是人体中最丰富的细胞类型。肌肉的主要功能是产生力量。然而，当肌肉受损或患病时，正常功能就会受到损害。有许多肌肉骨骼疾病，组织工程正在更好地了解研究，并寻求新的和改进的治疗方法。先前的组织工程在体外重建天然肌肉的结构和收缩特性方面做得不够。体外构建成熟肌肉组织仍是一个重大挑战。通过使用骨骼肌细胞与成纤维细胞共同培养来设计肌腱连接，或使用内皮细胞来使肌肉血管化，或使用神经细胞来获得神经肌肉连接，可以制造出更复杂的工程组织。
[0003]肌肉体外血管化是组织工程与再生医学研究中的巨大挑战。目前，组织体外(工程化组织、类器官等)血管化的方法主要有两种：工程策略与细胞自组装策略。围绕骨骼肌的毛细血管网络不仅在提供氧气和营养物质方面发挥着重要作用，而且在调节骨骼肌组织的肌生成和修复方面也发挥着重要作用。因此，对三维血管结构和三维肌肉组织进行工程设计是十分必要的。血管化肌肉模型的构建使肌肉更加成熟功能更加完善，成为许多肌肉疾病的药物筛选平台，如肌营养不良、肌腱病变、纤维肌痛、线粒体肌病和重症肌无力。大尺寸血管化模型的建立使研究人员更好地了解疾病病理学和为肌肉疾病提供高通量药物筛选疗法。

技术实现思路

[0004]根据上述提出的现有组织工程在体外重建天然肌肉的结构和收缩特性以及成熟度方面做得不够的技术问题，而提供一种用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具及其使用方法。本专利技术主要利用多模块组装模具法构建三维血管化肌肉组织模型，构建可灌流的血管并通过提供三维基质对肌肉细胞进行培养，建立三维的血管化肌肉组织模型，从而可用于肌肉组织研究以及药物评价。模具主要由中心支撑模具、注胶模具和灌流模具构成，通过灵活组合模具实现不同功能，建立成熟的功能良好的肌肉组织可用于观察模具内细胞活性考察及功能变化的表征以及用于药物毒性评价。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具，包括用于构建三维血管化肌肉组织模型的三种上层模具、三种下层模具和中心支撑模具，通过将一种上层模具、一种下层模具和一个中心支撑模具为一组进行组装，形成三组具有不同功能的模具套装，分别为第一组模具、第二组模具和第三组模具；每组模具中，上层模具和下层模具分别与中心支撑模具的上下部固定连接；
[0007]所述第一组模具用于构建工程化血管模型，包括形成组织工程化血管注胶上层模具、形成组织工程化血管注胶下层模具和中心支撑模具；
[0008]所述第二组模具用于构建肌肉束模型，包括形成肌肉束注胶上层模具、形成肌肉束注胶下层模具和中心支撑模具；
[0009]所述第三组模具用于构建灌流培养模型，包括形成培养室上层模具、形成培养室下层模具和中心支撑模具。
[0010]进一步地，所述中心支撑模具的中部设有容纳腔体，容纳腔体中安装有多根间隔设置的金属支撑管和多根金属占位管，每根金属支撑管内插入一根金属占位管；每根金属支撑管分成间断的两段，分别等轴线贯穿安装在中心支撑模具的两侧壁，金属占位管从中心支撑模具的一侧外部依次插入第一段金属支撑管、容纳腔体、第二段金属支撑管，并穿出至中心支撑模具的另一侧外部；
[0011]所述中心支撑模具的另外两侧壁上还设有灌流入口和灌流出口，均与容纳腔体相连通。
[0012]进一步地，所述形成组织工程化血管注胶上层模具和形成组织工程化血管注胶下层模具的结构相同，对称安装在中心支撑模具的上下方；
[0013]所述形成组织工程化血管注胶上层模具的内壁设有凸台一，凸台一上开设有多个半圆柱空腔Ⅰ，半圆柱空腔Ⅰ两端设有通孔作为注胶孔Ⅰ分别与多个半圆柱空腔Ⅰ相连通；
[0014]所述形成组织工程化血管注胶上层模具和形成组织工程化血管注胶下层模具的凸台一对称嵌入中心支撑模具内的容纳腔体中，两个凸台一上的多个半圆柱空腔Ⅰ对称扣合形成多个圆柱形通道Ⅰ，用于注胶形成血管；位于容纳腔体内的多根金属占位管分别贯穿在多个圆柱形通道Ⅰ内。
[0015]进一步地，所述形成肌肉束注胶上层模具和形成肌肉束注胶下层模具的结构相同，对称安装在中心支撑模具的上下方；
[0016]所述形成肌肉束注胶上层模具的内部设有凸台二，凸台二上开设有多个半圆柱空腔Ⅱ，半圆柱空腔Ⅱ两端设有通孔作为注胶孔Ⅱ分别与多个半圆柱空腔Ⅱ相连通；
[0017]所述形成肌肉束注胶上层模具和形成肌肉束注胶下层模具的凸台二对称嵌入中心支撑模具内的容纳腔体中，两个凸台二上的多个半圆柱空腔Ⅱ对称扣合形成多个圆柱形通道Ⅱ，用于注胶形成肌肉束；位于容纳腔体内的多根金属占位管分别贯穿在多个圆柱形通道Ⅱ内。
[0018]进一步地，所述形成培养室上层模具和形成培养室下层模具的结构相同，对称安装在中心支撑模具的上下方，内壁均设有一个凸台，两个凸台对称插入中心支撑模具的容纳腔体中，用于密封整个培养室；所述凸台的规格为38mm
×
24mm
×
1.5mm。
[0019]进一步地，所述金属支撑管的直径为1mm；金属占位管的直径为0.7mm。
[0020]进一步地，所述半圆柱空腔Ⅰ的直径为2.5mm。
[0021]进一步地，所述半圆柱空腔Ⅱ的直径为5mm。
[0022]进一步地，所述上层模具、下层模具和中心支撑模具上均开设有多个贯穿螺孔，螺孔内配合连接有螺栓，用于模具间的组装固定。
[0023]本专利技术还提供了一种用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具的使用方法，基于所述模具来构建血管化肌肉模型，其特征在于，包括如下步骤：
[0024]S1、通过组织工程方法制备兼具机械强度与生物相容性的胶原血管结构；
[0025]S11、注胶构建血管模具是利用形成组织工程化血管注胶上层模具、形成组织工程
化血管注胶下层模具和中心支撑模具组装而成的第一组模具，组装后在模具内形成四条2.5mm直径的圆柱形通道Ⅰ，在每条通道的中心位置，被一根直径0.7mm的金属占位管贯穿；
[0026]S12、通过注胶孔Ⅰ向模具中注入pH＝7的胶原溶液并将其置于37度固化，形成胶原管；
[0027]S13、卸下模具上下两面的组件，原位释放出胶原管，并通过脱水的方式提高胶原管机械强度；
[0028]S14、抽出胶原中心位置的金属占位管，形成胶原管腔结构，脱水后外径约为1mm，内径为0.7mm；
[0029]S15、此时的胶原管腔两端仍保留在中心支撑模具的金属支撑管金属接头上，利用外科手术线或外科缝合胶水将血管固定在金属接头上，形成血管灌流接头；
[0030]S2、构建胶原血管外层肌肉束结构；
[0031]S21、形成肌肉束注胶上层模具、形成肌肉束注胶下层模具和中心支撑模具组装为用于形成肌肉束的复合模具，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具，其特征在于，包括用于构建三维血管化肌肉组织模型的三种上层模具、三种下层模具和中心支撑模具，通过将一种上层模具、一种下层模具和中心支撑模具为一组进行组装，形成三组具有不同功能的模具套装，分别为第一组模具、第二组模具和第三组模具；每组模具中，上层模具和下层模具分别与中心支撑模具的上下部固定连接；所述第一组模具用于构建工程化血管模型，包括形成组织工程化血管注胶上层模具(1)、形成组织工程化血管注胶下层模具(2)和中心支撑模具(3)；所述第二组模具用于构建肌肉束模型，包括形成肌肉束注胶上层模具(11)、形成肌肉束注胶下层模具(12)和中心支撑模具(3)；所述第三组模具用于构建灌流培养模型，包括形成培养室上层模具(15)、形成培养室下层模具(16)和中心支撑模具(3)。2.根据权利要求1所述的用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具，其特征在于，所述中心支撑模具(3)的中部设有容纳腔体，容纳腔体中安装有多根间隔设置的金属支撑管(8)和多根金属占位管(9)，每根金属支撑管(8)内插入一根金属占位管(9)；每根金属支撑管(8)分成间断的两段，分别等轴线贯穿安装在中心支撑模具(3)的两侧壁，金属占位管(9)从中心支撑模具(3)的一侧外部依次插入第一段金属支撑管(8)、容纳腔体、第二段金属支撑管(8)，并穿出至中心支撑模具(3)的另一侧外部；所述中心支撑模具(3)的另外两侧壁上还设有灌流入口(6)和灌流出口(7)，均与容纳腔体相连通。3.根据权利要求1所述的用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具，其特征在于，所述形成组织工程化血管注胶上层模具(1)和形成组织工程化血管注胶下层模具(2)的结构相同，对称安装在中心支撑模具(3)的上下方；所述形成组织工程化血管注胶上层模具(1)的内壁设有凸台一，凸台一上开设有多个半圆柱空腔Ⅰ(10)，半圆柱空腔Ⅰ(10)两端设有通孔作为注胶孔Ⅰ(5)分别与多个半圆柱空腔Ⅰ(10)相连通；所述形成组织工程化血管注胶上层模具(1)和形成组织工程化血管注胶下层模具(2)的凸台一对称嵌入中心支撑模具(3)内的容纳腔体中，两个凸台一上的多个半圆柱空腔Ⅰ(10)对称扣合形成多个圆柱形通道Ⅰ，用于注胶形成血管；位于容纳腔体内的多根金属占位管(9)分别贯穿在多个圆柱形通道Ⅰ内。4.根据权利要求1所述的用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具，其特征在于，所述形成肌肉束注胶上层模具(11)和形成肌肉束注胶下层模具(12)的结构相同，对称安装在中心支撑模具(3)的上下方；所述形成肌肉束注胶上层模具(11)的内部设有凸台二，凸台二上开设有多个半圆柱空腔Ⅱ(14)，半圆柱空腔Ⅱ(14)两端设有通孔作为注胶孔Ⅱ(13)分别与多个半圆柱空腔Ⅱ(14)相连通；所述形成肌肉束注胶上层模具(11)和形成肌肉束注胶下层模具(12)的凸台二对称嵌入中心支撑模具(3)内的容纳腔体中，两个凸台二上的多个半圆柱空腔Ⅱ(14)对称扣合形成多个圆柱形通道Ⅱ，用于注胶形成肌肉束；位于容纳腔体内的多根金属占位管(9)分别贯穿在多个圆柱形通道Ⅱ内。
5.根据权利要求1所述的用于体外构建大尺寸血管化肌肉束的模具，其特征在于，所述形成培养室上层模具(15)和形成培养室下层模具(16)的结构相同，对称安装在中心支撑模具(3)的上下方，内壁均设有一个凸台(17)，两个凸台(17)对称插入中心支撑模具(...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦建华，赵孟乾，张旭，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：