利用旋转组合模具制备纺锤状复杂器官前体的方法技术

利用旋转组合模具制备纺锤状复杂器官前体的方法，该方法首先制备细胞基质溶液和合成高分子溶液，组装带有多级分支内模具的组合模具，将细胞基质溶液灌注到内环模具与底座模具之间，旋转底座模具并经物理或化学交联或聚合形成细胞基质层；将合成高分子溶液灌注到细胞基质层和外环模具之间，旋转底座模具并用细胞培养液或PBS萃取后形成外支架，去除组合模具形成含不同细胞与合成高分子支架的具有多分支通道的半纺锤状三维结构，将两个半纺锤体通过天然或合成高分子溶液渗透粘连合并形成具有内分支管道的完整纺锤状复杂器官前体,克服了目前细胞很难渗入到三维支架中、含多种细胞的支架成形不易等缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物体复杂组织器官的人工制造
，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，超出了目前组织工程

技术介绍
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、功能的生物活性替代物的一门科学。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。在现今的医疗过程中，器官移植术已经成为一种重要的治疗手段，但是移植器官来源的短缺长久困扰该项技术的应用。以我国为例，近年来，每年需要进行各种器官移植的 患者约有150万人，但可移植器官数量不到I. 5万份。除开供源的不足，器官移植术亦面临一定的道德与法律等非医学因素困境。移植器官来源问题以及非医学因素困境，即使从长期来看，亦是不易解决的，但是，通过复杂组织器官制造技术，以自体干细胞生成供移植的器官，从理论上来讲，可以克服器官移植中供源不足以及排异反应等问题，同时，也可以规避现阶段器官移植所需面对的非医学因素困境。申请号为201110448154. 3的专利技术专利《基于一种组合模具的复杂器官前体的制备方法》中提供了一种多分支及多层结构的复杂组织器官前体的制备方法，也是利用组合模具的分层灌注来成形含多分支结构的复杂组织器官前体。该专利技术的缺点在于采用直接拆模的方式对模具的内部形状及表面粗糙度要求较高，同时在成形过程中由于高分子溶液充满型腔，交联剂或聚合剂与材料接触面过少，容易影响交联或聚合效果，继而影响细胞基质层的成形效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用旋转组合模具的方法制备纺锤状复杂器官前体，以克服目前组织工程领域存在的细胞很难渗入到三维支架中、含多种细胞的支架成形不易等缺点；同时避免模具的内部形状及表面粗糙度对成形的影响，使成形过程更加稳定、可靠。本专利技术的技术方案如下一种，其特征在于该方法包括如下步骤进行I)将不同天然高分子溶液与不同动物体细胞悬浮液分别按I 9 :9 I体积比混合制成多种细胞基质溶液；天然高分子溶液的质量百分浓度为1% 30% ;2)将内模具底部插入阵列孔板的孔洞中，阵列孔板镶嵌在底座模具底层，底座模具采用从下至上的多层台阶结构，内模具采用多级分支结构，且各级内环模具厚度与底座模具对应的台阶宽度相同；将第一级内环模具套在底座模具的第一级台阶上，之后将其中一种细胞基质溶液灌注到内模具和第一级内环模具之间的缝隙中，使底座模具、内模具和阵列孔板一起旋转并使第一级内环模具保持不动，使细胞基质溶液形成半纺锤状外形，旋转过程中采用物理或化学交联或聚合方法，使细胞基质溶液中的天然高分子交联，去除第一级内环模具，形成稳定的第一层细胞基质层；3)将第二级内环模具套在底座模具的第二级台阶上，将另一种细胞基质溶液灌注到第一层细胞基质层和第二级内环模具之间的缝隙中，使底座模具、内模具和阵列孔板一起旋转并使第二级内环模具保持不动，使细胞基质溶液形成半纺锤状外形，旋转过程中采用物理或化学交联或聚合方法，使细胞基质溶液中的天然高分子交联，去除第二级内环模具，形成稳定的第二层细胞基质层；4)重复步骤2)与步骤3)，得到含不同动物体细胞的多层细胞基质层结构；5)将合成高分子材料溶于有机溶剂中制成质量百分浓度为5% 30%的合成高分子溶液； 6)将外环模具套在底座模具的最外级台阶上，将合成高分子溶液灌入步骤4)中得到的多层细胞基质层结构与外环模具的缝隙中，使底座模具、内模具和阵列孔板一起旋转并使外环模具保持不动，使合成高分子溶液形成半纺锤状外形，旋转过程中用细胞培养液或PBS萃取合成高分子溶液中的溶剂，形成外层合成高分子材料层，然后依次去除外环模具、底座模具和内模具，制成含多分支通道的半纺锤状复杂器官前体；7)将两个半纺锤体通过天然或合成高分子溶液渗透粘连合并在一起，形成具有内分支管道的完整纺锤状复杂器官前体。所述的一种利用旋转组合模具制备复杂器官前体的方法，其特征在于所述的细胞基质层与合成高分子材料层在成形过程中，底座模具连同内模具与阵列孔板的旋转速度为 5 IOOr /min。所述的一种利用旋转组合模具制备复杂器官前体的方法，其特征在于所述的内模具由尼龙、合成纤维、聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯或聚氨酯软性材料制成的实心管组合而成，内模具级数为I 10，每级分支数为2 100 ;内模具最末级分支的直径范围在O. Imm 5mmο所述的一种利用旋转组合模具制备复杂器官前体的方法，其特征在于底座模具的台阶从各级台阶宽度相同或不同，台阶的级数为2 20 ;底座模具外形及各级台阶截面为圆型；底座模具的材料为金属或是硬质合成高分子材料。所述的一种，其特征在于在细胞基质溶液中加入冻存保护剂，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两种材料的混合物。所述的一种利用旋转组合模具制备复杂器官前体的方法，其特征在于在细胞基质溶液中加入细胞生长因子及抗凝血因子。所述的一种利用旋转组合模具制备复杂器官前体的方法，其特征在于所述的细胞生长因子采用内皮细胞生长因子、细胞转移因子或肝细胞生长因子；抗凝血因子采用肝素、紫杉醇或硫酸化壳聚糖。所述的一种利用旋转组合模具制备复杂器官前体的方法，其特征在于所述的合成高分子材料采用聚氨酯、聚乳酸、聚酯和乳酸与乙醇酸共聚物中的一种或几种材料的复合物。所述的一种利用旋转组合模具制备复杂器官前体的方法，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。所述的一种利用旋转组合模具制备复杂器官前体的方法，其特征在于步骤I)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；步骤5)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。本专利技术利用旋转成形时非牛顿流体的Weissenbery效应可形成天然的半纺锤状结构，同时避免了模具的内部形状及表面粗糙度对成形的影响，增加了交联剂或聚合剂与材料的接触面积、使成形过程更加稳定、可靠。本专利技术可成形含不同细胞与合成高分子支架的复杂含多分支通道的纺锤状三维结构，克服了目前组织工程领域存在的细胞很难渗入到三维支架中、含多种细胞的支架成形不易等缺点。 附图说明图I是成形第一层细胞基质层时的模具剖面图(以单级分支双层结构为例)。图2成形合成高分子材料层时的模具剖面图(以单级分支双层结构为例)。图3是成形后的半纺锤状前体剖面图(以单级分支双层结构为例)。图4是内模具的三维效果图(以三级分支为例)。图5a是是底座模具的俯视图；图5b是底座模具的侧视剖面图(以二级台阶为例)。图6是阵列孔板的俯视图(以16孔为例)。图7内环模具的侧视剖面图(外环模具结构相似)。图8a是转速为a的成形效果图；图8b是转速为b的成形效果图；图8c是转速为c的成形效果图(a〈b〈c)。在图I至图8中I 一内模具；2 —阵列孔板；3 —底座模具；4 一内环模具；5 —细胞基质层；6 —外环模具-J 一合成高分子材料层。具体实施方法本本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用旋转组合模具制备纺锤状复杂器官前体的方法，其特征在于该方法包括如下步骤进行：1）将不同天然高分子溶液与不同动物体细胞悬浮液分别按1～9：9～1体积比混合制成多种细胞基质溶液；天然高分子溶液的质量百分浓度为1％～30％；2）将内模具(1)底部插入阵列孔板(2)的孔洞中，阵列孔板(2)镶嵌在底座模具(3)底层，底座模具(3)采用从下至上的多层台阶结构，内模具(1)采用多级分支结构，且各级内环模具(4)厚度与底座模具(3)对应的台阶宽度相同；先将第一级内环模具(4a)套在底座模具(3)的第一级台阶上，之后将其中一种细胞基质溶液灌注到内模具(1)和第一级内环模具(4a)之间的缝隙中，使底座模具(3)、内模具(1)和阵列孔板(2)一起旋转并使第一级内环模具(4a)保持不动，使细胞基质溶液形成半纺锤状外形，旋转过程中采用物理或化学交联或聚合方法，使细胞基质溶液中的天然高分子交联，去除第一级内环模具(4a)，形成稳定的第一层细胞基质层(5a)；3）将第二级内环模具(4b)套在底座模具(3)的第二级台阶上，将另一种细胞基质溶液灌注到第一层细胞基质层(5a)和第二级内环模具(4b)之间的缝隙中，使底座模具(3)、内模具(1)和阵列孔板(2)一起旋转并使第二级内环模具(4b)保持不动，使细胞基质溶液形成半纺锤状外形，旋转过程中采用物理或化学交联或聚合方法，使细胞基质溶液中的天然高分子交联，去除第二级内环模具(4b)，形成稳定的第二层细胞基质层(5b)；4）重复步骤2）与步骤3），得到含不同动物体细胞的多层细胞基质层结构；5）将合成高分子材料溶于有机溶剂中制成质量百分浓度为5％～30％的合成高分子溶液；6）将外环模具(6)套在底座模具(3)的最外级台阶上，将合成高分子溶液灌入步骤4）中得到的多层细胞基质层结构与外环模具(6)的缝隙中，使底座模具(3)、内模具(1)和阵列孔板(2)一起旋转并使外环模具(6)保持不动，使合成高分子溶液形成半纺锤状外形，旋转过程中用细胞培养液或PBS萃取合成高分子溶液中的溶剂，形成外层合成高分子材料层(7)，然后依次去除外环模具(6)、底座模具(3)和内模具(1)，制成含多分支通道的半纺锤状复杂器官前体；7)将两个半纺锤体通过天然或合成高分子溶液渗透粘连合并在一起，形成具有内分支管道的完整纺锤状复杂器官前体。...

【技术特征摘要】

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