[發(fā)明專利]一種復(fù)合細胞三維打印及介電泳吸附的類組織構(gòu)建方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610128543.0
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105688281A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉海霞;劉凱銘;戴向國;梁振江;張忠鋼
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: A61L27/38
• 分類號: A61L27/38;A61L27/22;A61L27/18;A61L27/20;A61L27/58;A61L27/02
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開一種復(fù)合細胞三維打印及介電泳吸附的類組織構(gòu)建方法，屬于組織和器官的 人工制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著組織工程技術(shù)的日益發(fā)展及臨床患者的迫切需求，組織器官缺損修復(fù)的研究已經(jīng)逐 步從基礎(chǔ)研究向臨床研究過渡。目前，通過組織工程修復(fù)小尺寸的骨缺損、軟骨、皮膚等簡 單組織已基本成熟。但臨床上常常需要較大尺寸的組織工程骨及功能性的器官。毫無疑問， 體積越大，結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，需要的種子細胞種類及數(shù)量就越多，對血管化的依賴性就越大。 近年來，血管化的組織工程一直是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域關(guān)注的瓶頸，制約了組織工程臨床的大 規(guī)模應(yīng)用。基于細胞精確受控分布的類組織結(jié)構(gòu)體制造技術(shù)，是血管化組織工程的新方法， 包括Clemson大學(xué)的CellPrinting、EnvisionTec公司的Bio-Plotting、中國發(fā)明專利(申 請?zhí)枺?00410009787.4)公開了一種“一種細胞-材料單元的三維受控堆積成形方法”等， 由于這些方法都是直接操控細胞和材料成形，即需要通過直接將細胞與材料共混后噴射/擠出 成形并凝膠化，成形過程中需要有足夠的水分保持細胞活性，而且成形后的結(jié)構(gòu)體也不能過 度的通過各種凝膠交聯(lián)提高結(jié)構(gòu)體的強度，因而組裝成形的結(jié)構(gòu)體的強度不可能很高，不足 以支持大尺寸結(jié)構(gòu)體的體內(nèi)外長期生長，進而難以實現(xiàn)大尺寸血管化組織器官的工程制造。

對于構(gòu)建大尺寸血管化人工組織器官(簡稱類組織)的要求是多方面的，如幾何結(jié)構(gòu)形 狀，長期體內(nèi)外生長強度，細胞相容性，細胞組織再生能力及材料講解性等。故將諸多的要 求分步來實施，以減少技術(shù)和工程上的沖突，保證成形質(zhì)量、降低成本、減少交叉感染、提 高成形效率、降低控制的復(fù)雜程度，則是更加合理的類組織制造模式。

提出一種復(fù)合細胞三維打印及介電泳吸附的類組織構(gòu)建方法，將細胞三維打印技術(shù)與介 電泳吸附細胞組裝技術(shù)相結(jié)合，這是兩種可精確分布細胞的組裝技術(shù)，通過將待制造的類組 織結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)模型做分割處理，分成組織主體支撐結(jié)構(gòu)及血管網(wǎng)兩部分。支撐結(jié)構(gòu)部分采用 快速成形直接制造強度較高的可導(dǎo)電可降解組織工程支架，進而可以利用細胞介電泳吸附原 理完成精確的定位定量細胞組裝，而血管網(wǎng)及近血管網(wǎng)部分在主體支撐結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上直接采 用細胞三維打印技術(shù)完成，進而實現(xiàn)完整類組織結(jié)構(gòu)體的成形。通過巧妙的將這兩種技術(shù)結(jié) 合，既解決了細胞三維打印技術(shù)制造的結(jié)構(gòu)體強度不高，不足以支持大尺寸結(jié)構(gòu)體的體內(nèi)外 長期生長的瓶頸，又高效的利用了細胞三維打印及介電泳吸附技術(shù)的各種優(yōu)勢。所述的介電 泳吸附原理的細胞三維組裝方法，是通過制造具有導(dǎo)電性的組織工程支架，將不同細胞(成 體細胞、干細胞、內(nèi)皮細胞或內(nèi)皮祖細胞)被導(dǎo)電的組織工程支架吸附，實現(xiàn)精確控制細胞 的分布和相對復(fù)雜結(jié)構(gòu)體的成形，通過調(diào)選支架上導(dǎo)電區(qū)域控制不同細胞組裝，進而也可實 現(xiàn)多種細胞組織工程支架的制造。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提高類組織構(gòu)建過程中的細胞組裝效率和提高組裝后類組織在體內(nèi)外 的長期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。提供一種復(fù)合細胞三維打印及介電泳吸附的類組織構(gòu)建方法，實現(xiàn)在類 組織復(fù)雜CAD模型的直接驅(qū)動下，分組準(zhǔn)確定位組裝細胞形成預(yù)設(shè)計的三維結(jié)構(gòu)體，保證整 個組裝過程中細胞具有高的存活率及可調(diào)控的生存微環(huán)境，構(gòu)建組織器官雛形并實現(xiàn)其長期體 內(nèi)外穩(wěn)定生長。

基于此技術(shù)制造可模擬自然組織器官的結(jié)構(gòu)，將多種細胞及生物因子等，定量定位組裝 于不同空間位置，組裝成具有活性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體，預(yù)期可發(fā)育為一定功能的類組織前體，或 是為研究不同細胞之間及與生物信號分子(生物因子，藥物分子等)之間在類自然組織三維 結(jié)構(gòu)中的生物反應(yīng)等提供必要的基礎(chǔ)技術(shù)支持。可預(yù)見到，本技術(shù)在組織工程器官構(gòu)建、多 種細胞相互作用研究、藥物系統(tǒng)篩選、生物傳感器等諸多領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種復(fù)合細胞三維打印及介電泳吸附的類組織構(gòu)建方法，其特征在于該方法按如下步驟進 行：

1)設(shè)計需要構(gòu)建的類組織結(jié)構(gòu)體三維數(shù)字模型，解析數(shù)字模型以標(biāo)定出主體支撐結(jié)構(gòu)及 近血管網(wǎng)區(qū)域；

2)配制導(dǎo)電可降解生物材料及不導(dǎo)電生物可降解材料作為主體支撐結(jié)構(gòu)的材料組份，配 制細胞-明膠水凝膠混合物作為近血管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的材料組份；

3)根據(jù)預(yù)先設(shè)計的數(shù)字模型，采用快速成形設(shè)備制造主體支撐結(jié)構(gòu)并進行后處理；