一种带分支血管网络的复杂器官前体的制备方法技术

一种带分支血管网络的复杂器官前体的制备方法，该方法首先制备一种或多种细胞基质溶液和合成高分子溶液，将细胞基质溶液分层灌注到组合模具中经物理或化学交联形成多层细胞基质层，取出分支模具并由内而外逐层去除壳模具，将不同种合成高分子溶液分别罐注到壳模具遗留的缝隙中形成多层合成高分子外壳，去除组合模具将两个成形结构对接即可。本发明专利技术可成形带分支血管网络的不同种细胞基质材料与合成高分子支架外壳结合的复杂器官前体三维结构，克服了组织工程存在的三维支架表面及内部结构简单、与真实器官相似度低、细胞种类单一且分布不均匀、密闭细胞不易成活、无通道分化血管困难、支架外形局限性强等缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物组织和器官的人工制造
，特别涉及利用合成高分子材料、细胞基质材料制备组织器官前体的工艺方法，属于生物组织工程

技术介绍
世界上每年患有组织缺损或器官衰竭的病人数逾千万。然而，活体供体器官有限，现有的机械装置不具备 器官的所有功能，不能防止患者的病情进一步恶化。据此，以提高此类疾患治疗水平为宗旨的组织工程(Tissue Engineering)技术应运而生。组织工程学是由美国国家科学基金委员会于1987年正式提出和确定的，是应用细胞生物学、生物材料和工程学的原理，研究开发用于修复或改善人体病损组织或器官的结构、功能的科学。组织工程是一门由生物学、医学、材料学、工程学等多学科交叉产生的高新技术学科。其含义是应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究、开发用于修复、维护、促进人体各种组织器官损伤后恢复的生物替代物。Wolter在1984年正式提出“组织工程”一词，1987年美国国家科学基金委员会正式确定组织工程学成为一门新学科。多年来科学家们运用组织工程技术，利用人体残余器官的少量正常细胞进行体外繁殖，希望获得患者所需的、具有相同功能的器官，并不存在排斥反应，取得了可喜的成果。但现存的组织工程技术面临许多困难和限制，组织工程应用研究所取得的成功均是在那些结构与生理功能较为简单的组织器官如骨骼、软骨、皮肤。传统组织工程方法一般先制备结构支架，在进行细胞培养过程中由于上层细胞消耗大部分的氧气和营养，限制了这些组分向底层扩散，从而限制了细胞向支架深层的迁移等，达不到及时治疗临床病人的要求。传统的单一组织支架制备技术很难形成具有营养供应通道和分支血管网络并含有分层组织可诱导分化的组织器官前体。同时传统的组织工程技术不能满足将不同的细胞在空间准确定位与定点放置，构建复杂组织器官的功能梯度结构的需求。由于人体中主要血管的结构是内部内皮层、中部平滑肌层和外部的成纤维细胞层，微血管单由内皮细胞层组成。本专利技术中分支模具枝干部分直径为毫米级别，分支末端部分直径为微米级别，利用多层可剥离分支模具并伴随分层细胞基质成形方法即可满足分化为复杂血管的要求。据统计中国已成为器官移植第二大国，每年接受器官移植的患者在一万例左右，但我国每年约有一百五十万例患者需要进行器官移植，急需新型科技手段出现用以大量快速有效的培育出自体器官。恰好可以满足这一巨大市场的前期关键需求，并为随后的完整组织器官生长提供了必要的准备。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，旨在前人工作的基础上，利用组合模具分步灌注，实现多种细胞和支架材料在空间的准确定位，成形多层高分子材料外壳包裹下内含分支血管网络的多种细胞多种生长因子的复合组织器官前体；利用模具组合、高分子凝固成形等原理实现复杂组织器官的重建，本专利技术可成形含不同细胞基质材料、分支血管通道与多层合成高分子外壳的复杂三维结构，克服了组织工程存在的三维支架表面及内部结构简单、与真实器官相似度低、细胞种类单一且分布不均匀、密闭细胞不易成活、无通道分化血管困难、支架外形局限性强等缺点。本专利技术的技术方案如下，其特征在于该方法包括如下步骤进行 I)将不同合成高分子材料分别溶于有机溶剂中制成质量百分浓度为5% 50%的合成高分子溶液；2)分别制备质量百分浓度为1% 30%的多种天然高分子溶液，将多种天然高分子溶液与不同种类动物细胞悬浮液分别按I 99 I体积比混合制成多种细胞基质溶液；动物体细胞悬浮液中细胞浓度为I X IO4个/mL I X IO7个/mL ；3)预先设计好带凹槽的底模具、分支模具和至少两层壳模具，相邻层壳模具紧密贴合，分支模具固定在最外层壳模具上；所述壳模具与底模具凹槽配合，并与分支模具形成组合模具；将一种或多种细胞基质溶液分层罐注到组合模具中，再经物理或化学交联方法，使细胞基质溶液中的天然高分子交联，形成多层稳定的细胞基质层结构；4)将分支模具和壳模具一并向上移除，然后取出最内层壳模具并将剩余壳模具扣回到底模具上，将一种合成高分子溶液罐注到所述最内层壳模具遗留的周边缝隙中，通过干膜法或湿膜法除去有机溶剂，形成一层合成高分子材料外壳；5)然后再取一层壳模具，将另一种合成高分子溶液罐注到该层壳模具遗留的周边缝隙中，通过干膜法或湿膜法除去有机溶剂，形成另一层合成高分子材料外壳；6)重复步骤5)，直至将壳模具取完为止，形成多层合成高分子材料外壳；7)去除底模具得到成型结构，将两个成型结构对接并在接缝处涂覆与最外层高分子材料外壳相同的合成高分子溶液，制成带分支血管网络的复杂器官前体。所述的，其特征在于所述的壳模具和底模具由金属或硬质高分子材料制成。所述的，其特征在于所述分支模具为树枝状双层结构，外层可剥离，分支模具采用合成高分子材料或柔性材料；所述合成高分子材料为聚氨酯、乳酸与乙醇酸共聚物、聚乳酸、聚酯、聚四氟乙烯、聚乙烯或聚氯乙烯，所述柔性材料为塑料、橡胶、纤维、硅胶或尼龙。所述的，其特征在于所述的壳模具截面形状为圆形、椭圆形、多边形或类似器官表面形状的结构。所述的，其特征在于用于灌注的合成高分子材料采用聚氨酯、乳酸与乙醇酸共聚物、聚乳酸和聚酯中的一种或几种材料的复合物。所述的，其特征在于所述的天然高分子材料采用明胶、纤维蛋白原、胶原、壳聚糖、海藻酸钠、透明质酸和纤粘连蛋白中的一种或几种材料的复合物；所述动物体细胞采用干细胞或成体细胞，所述干细胞为脂肪干细胞、血液干细胞或骨髓干细胞，所述成体细胞为肝细胞、心肌细胞、平滑肌细胞、肾小球细胞、胰岛细胞或神经细胞。所述的，其特征在于在细胞基质溶液中还加入体积百分比为1% 30%的冻存保护剂和体积百分比为O. 001% O. 1%细胞生长因子；所述的冻存保护剂采用甘油、二甲基亚砜、乙二醇和葡聚糖中的一种或几种材料的混合物，所述生长因子采用内皮细胞生长因子、细胞转移因子、人血小板衍化生长因子、转化生长因子β I、碱性成纤维细胞生长因子和肝细胞生长因子中的一种或几种。所述的，其特征在于步骤I)中用于溶解所述合成高分子材料的有机溶剂采用四乙二醇、乙二醇、异丙醇或1，4_ 二氧六环；步骤2)中用于溶解所述天然高分子材料的溶剂采用水、生理盐水、PBS溶液、pH = 6 8的O. 09M氯化钠、3-羟甲基氨基甲烷盐酸溶液或细胞培养液。本专利技术所制备的带分支血管网络的复杂器官前体中合成高分子支架材料具备优异的机械性能,此类内部细胞基质外部多层复合高分子材料外壳中间带分支血管的结构可 避免单纯细胞基质植入体内散落进而被自体吞噬这一难题。其中细胞基质溶液具有优异的生物相容性，多种细胞可在其中形成多种组织。本专利技术可实现不同细胞/天然高分子材料与合成高分子支架材料在空间的准确定位，克服了组织工程存在的三维支架表面及内部结构简单、与真实器官相似度低、细胞种类单一且分布不均匀等缺点。本专利技术利用组合模具法、高分子凝固成形等原理可实现复杂器官中为分支血管预留通路的要求，为实现复杂组织器官的重建打下基础。附图说明图I为本专利技术提供的具有三层壳模具的组合模具实施例的结构原理示意图。图2是本专利技术的分支模具的三维结构图。图3是本专利技术的分支模具另一种实施例的三维结构图。在图I至图3中I-第一层壳模具；2_第二层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王小红，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：