一种具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架及其制备方法技术

本发明专利技术涉及医用材料技术领域，提供了一种具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架及其制备方法。本发明专利技术以无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架为基础，在其上负载软骨细胞或槲皮素，再将所得软骨环和槲皮丝素环进行交替叠加，形成本发明专利技术的组织工程仿生气管支架。本发明专利技术提供的组织工程仿生气管支架能够在生物体内稳定存在，且在结构和功能上均与天然组织类似，在预血管化过程中能够产生类似于生理气管的透壁血管结构，进而为移植物内层结构提供营养和代谢支持，并且，槲皮素可以通过促巨噬细胞向抗炎表型极化调节免疫微环境，拓宽了组织工程气管的应用范畴，促进其走向临床。促进其走向临床。促进其走向临床。

【技术实现步骤摘要】
一种具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架及其制备方法


[0001]本专利技术涉及医用材料
，尤其涉及一种具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架及其制备方法。

技术介绍

[0002]人体气管呈中空管道状，由软骨组织、纤维结缔组织和上皮组织组成。软骨组织提供机械强度防止塌陷，软骨环之间的纤维结缔组织给气管提供了较好的灵活度。此外，气管内层由假复层纤毛上皮覆盖，具有气道保护和清除气道分泌物的功能。炎症、外伤及肿瘤等原因引起的气管疾病已日益常见。当侵及下段气管或隆突时，采用端
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端吻合的环形气道切除术是最常见的治疗方法。但行长段气管环形切除时，端
‑
端吻合口因张力过高等因素致手术效果较差，并发症、死亡率较高，因而常需行气管替代治疗。
[0003]目前，临床上对于长段气管病损的治疗手段有限，常用的气管替代方式包括：人工假体气管替代、同种异体气管移植和自体组织重建气管。人工假体气管一般由金属或有机材料制备，但因其组织相容性差，缺少血液供应和上皮组织覆盖，极易引起周围肉芽组织增生，导致闭塞管腔，造成气道感染、狭窄甚至塌陷、破裂；同种异体气管移植时常面临供体缺乏、术后需长期接受免疫抑制治疗的问题，同时，气道手术血运重建困难，易导致移植物坏死、感染甚至危及生命，这也限制了其临床应用；自体组织(如颈部或前臂肌皮瓣)重建的类气管组织在结构和功能上无法完全模拟天然气管，同时，在组织的获取过程中会带来额外的手术创伤。因此，上述三种气管替代物均难以满足临床实际需求。
[0004]为了克服上述方法的缺陷，组织工程应运而生。组织工程旨在结合细胞生物学、工程材料学和医学，通过多学科技术整合，达到受损组织的修复和衰竭器官的再生。这不仅可以提高治愈率，而且简化了治疗过程，降低了医疗成本。合适的细胞来源(种子细胞)、有效的细胞修饰(生长因子)和恰当的支架支持是组织工程的三大根基。随着支架在体内逐渐被降解和吸收，植入的细胞在细胞因子和微环境作用下，在体内不断增殖并分泌细胞外基质，最终形成机体所需的组织或器官，进而达到损伤组织修复和器官功能重建的目的。在过去几十年中组织工程发展迅速，与再生医学一道，为临床医学的发展注入了新动力，为气管替代治疗指明了新方向。
[0005]组织工程气管的出现为长段气管修复带来了新的希望。但由于气管不具有单独的供血动脉及引流静脉，血供主要来源于甲状腺和食管周围组织的毛细血管网。因此，如何在移植进入体内之后保持充足的血液供应成为限制其发展的主要因素。目前报道的组织工程气管多为单纯致密软骨管状结构，该软骨管状结构在体外成型后，置于生物体皮下或肌皮瓣部位借助该区域组织血运完成预血管化。但是，此种方法产生的血管绝大部分分布于软骨管外侧壁，基本无法穿透致密的软骨组织到达具有气管上皮组织覆盖的气管内壁。当移植物较短时，血管尚可通过移植气管两端延伸覆盖气管内壁，为管腔内壁结构提供营养代谢支持。但对于长段气管而言，血管无法到达的部分上皮的营养和代谢将无法保证，使得气
管丧失了清洁和防御功能，进而造成感染、炎症、塌陷，严重时甚至威胁生命。
[0006]传统意义上，免疫系统的主要作用被认为是人体抵御外部环境和病原体的防御系统的一个组成部分。然而，越来越明确的是，组织修复的一个重要部分是有效调节免疫系统。严重损伤后的组织再生需要免疫微环境的动态通量，从促炎微环境转变为抗炎微环境，减轻损伤，清除死亡或受伤的组织，发挥保护功能，增加新生血管生成和营养供应，以帮助组织再生。因此，促炎和抗炎微环境对组织修复和再生过程都至关重要。从引发炎症到消除病原体，巨噬细胞在介导组织修复和再生中发挥着关键作用众所周知，巨噬细胞谱系具有高度的可塑性。M1巨噬细胞是促炎亚型，过度表达炎症基因，而M2极化巨噬细胞是有益的。M1到M2表型的转化诱导了炎症期到组织修复期的进展。
[0007]槲皮素是广泛存在于天然植物中的一种多酚小分子类黄酮单体化合物。由于其具有抗肿瘤、抗炎症、抗氧化、抗血小板聚集和清除自由基等生物学特性。目前，关于槲皮素在组织工程气管中应用的相关报道很少。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供了一种具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架及其制备方法。本专利技术提供的组织工程仿生气管支架在结构和功能上与天然气管类似，在预血管化过程中产生类似于生理气管的透壁血管结构，并且能实现免疫微环境的调节。
[0009]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0010]一种具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架，包括交替设置的软骨环和槲皮丝素环；
[0011]所述软骨环包括无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架和负载在所述无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架中的软骨细胞；
[0012]所述槲皮丝素环包括无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架和负载在所述无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架中的槲皮素；
[0013]所述无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架包括三维丝素蛋白海绵和位于所述三维丝素蛋白海绵内部的丝素蛋白无纺布支架。
[0014]优选的，所述槲皮丝素环中槲皮素的质量分数为3～5％。
[0015]优选的，所述具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架的外径为0.5～1cm，内径为0.3～0.6cm；所述软骨环和槲皮丝素环的高度独立地为0.1～0.2cm。
[0016]优选的，所述组织工程仿生气管支架中软骨环的数量大于等于1，槲皮丝素环的数量大于等于2。
[0017]本专利技术还提供了上述方案所述的具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架的制备方法，包括以下步骤：
[0018]将无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架吸附软骨细胞悬浮液后，依次进行孵育和培养，得到软骨环；所述培养在促软骨分化培养液中进行；
[0019]将无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架在槲皮素溶液中浸泡，得到槲皮丝素环；
[0020]将所述软骨环和所述槲皮丝素环进行交替叠加，得到具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架。
[0021]优选的，所述无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架的制备方法包括以下步骤：
[0022]将丝素蛋白纤维依次进行梳理、针孔固定和脱胶，得到丝素蛋白无纺布支架；
[0023]将丝素蛋白纤维脱胶后溶解于溴化锂溶液中，得到丝素蛋白纤维溶解液，将所述丝素蛋白纤维溶解液透析后进行冷冻干燥，得到丝素蛋白多孔泡沫；
[0024]将所述丝素蛋白多孔泡沫溶解于水中，将所得丝素蛋白多孔泡沫溶液加入所述丝素蛋白无纺布支架中，脱泡后进行冷冻干燥，得到支架前体；
[0025]将所述支架前体浸泡在异氟醚中进行交联，得到所述无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架。
[0026]优选的，所述丝素蛋白多孔泡沫溶液的浓度为1～5wt％；所述交联的时间为8～12h，温度为室温。
[0027]优选的，所述孵育的条件包括：温度为37℃，CO2浓度为5wt％，饱和湿度，孵育时间为4～5h；
[0028]所述培养的条件包括：温度为37℃，CO2浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架，其特征在于，包括交替设置的软骨环和槲皮丝素环；所述软骨环包括无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架和负载在所述无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架中的软骨细胞；所述槲皮丝素环包括无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架和负载在所述无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架中的槲皮素；所述无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架包括三维丝素蛋白海绵和位于所述三维丝素蛋白海绵内部的丝素蛋白无纺布支架。2.根据权利要求1所述的具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架，其特征在于，所述槲皮丝素环中槲皮素的质量分数为3～5％。3.根据权利要求1所述的具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架，其特征在于，所述具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架的外径为0.5～1cm，内径为0.3～0.6cm；所述软骨环和槲皮丝素环的高度独立地为0.1～0.2cm。4.根据权利要求1所述的具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架，其特征在于，所述组织工程仿生气管支架中软骨环的数量大于等于1，槲皮丝素环的数量大于等于2。5.权利要求1～4任意一项所述的具有微环境调节功能的组织工程仿生气管支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架吸附软骨细胞悬浮液后，依次进行孵育和培养，得到软骨环；所述培养在促软骨分化培养液中进行；将无纺布增强三维丝素蛋白海绵支架在槲皮素溶液中浸泡，得到槲皮丝素环；将所述软骨环和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘子寅，陈昶，李大伟，孙维言，汤海，林蔚康，陈羿，白清峰，汪磊，
申请(专利权)人：上海市肺科医院上海市职业病防治院，
类型：发明
国别省市：