[發(fā)明專利]基于反應(yīng)-擴(kuò)散模型的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的制備方法及制備系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611035302.8
• 申請(qǐng)日: 2016-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN106754669B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱曉璐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號(hào): C12N5/0775
• 分類號(hào): C12N5/0775;G16B5/00
• 代理公司: 常州市科誼專利代理事務(wù)所 32225
• 代理人: 孫彬

本發(fā)明涉及一種基于反應(yīng)?擴(kuò)散模型的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的制備方法及制備系統(tǒng)，本制備方法包括如下步驟：步驟S1，通過構(gòu)建的三維凝膠系統(tǒng)對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)；以及步驟S2，調(diào)控多細(xì)胞結(jié)構(gòu)形態(tài)；本發(fā)明所提出的調(diào)控間充質(zhì)干細(xì)胞自組織形成的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)形貌的方法完全依靠細(xì)胞的自組裝，完全省去了目前已有的組織體外構(gòu)建方法中所必需的外部結(jié)構(gòu)材料及復(fù)雜的加工制作工藝，整個(gè)制備方法更充分的利用了大量細(xì)胞之間的相互通訊能力，并更接近于體內(nèi)組織的天然形成過程，為人工組織的制備提供了一種更接近體內(nèi)天然組織、可靠性高的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種在擴(kuò)散反應(yīng)數(shù)學(xué)模型引導(dǎo)下通過添加合適的細(xì)胞因子來調(diào)控多細(xì)胞結(jié)構(gòu)和組織體外生長過程的方法,涉及生物制造與組織工程的使能技術(shù),特別是骨組織和軟骨組織修復(fù)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

實(shí)現(xiàn)生物組織的修復(fù)和再生是組織工程的主要目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)組織乃至器官的功能再生，越來越多的研究人員設(shè)計(jì)并制造各種人工替代結(jié)構(gòu)體并將其廣泛應(yīng)用于生物組織工程，且此類制造逐漸向著更為復(fù)雜和精細(xì)的方向發(fā)展。具有各種幾何結(jié)構(gòu)特征的生物組織(比如氣管、血管、淋巴管以及腸等)在高等生物體內(nèi)廣泛存在。此類組織結(jié)構(gòu)體的人造替代物通常需要采用特定的材料在體外構(gòu)建相應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)體，然后進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)處理，進(jìn)而得到與體內(nèi)的組織形狀接近的替代物。此類局部組織替代物都需要先制造出由高分子或金屬材料等外部材料構(gòu)成的具備特定幾何特征的結(jié)構(gòu)，然后再將其植入體內(nèi)并與相應(yīng)的人體組織形成良好連接和融合，進(jìn)而完成實(shí)現(xiàn)人造組織的功能。然而，此類管狀結(jié)構(gòu)體雖然制造精細(xì)，但由其本身的材料仍是一些人工合成材料(非生物體自身的組織)，因而仍然很有可能引起人體的排異反應(yīng)以及不可預(yù)料的并發(fā)癥等問題。雖然近年來一些國外研究者運(yùn)用化合高分子材料結(jié)合能夠較好抵抗排異反應(yīng)的生物分子制作出了一些特殊的“印刷墨水”，并利用基于該“印刷墨水”的三維打印技術(shù)制造出人工組織替代物，但這種方法的實(shí)施過程復(fù)雜，且成本很高。

因此，目前有一部分研究工作者通過利用生物體自身細(xì)胞的自我組織(self-organizing)特性，構(gòu)建特定的微環(huán)境進(jìn)行干細(xì)胞的體外三維培養(yǎng)，使來源于人體自身的干細(xì)胞自組裝成一種模擬天然生物組織的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，且無需由外部的人工合成材料制備的具有特定幾何特征的人工替代物，這樣就能夠從根本上大大減輕人體的排異反應(yīng)，并大幅度降低人工組織乃至器官的制造成本。但純粹的細(xì)胞的自組織行為充滿了較多的不可控性，一些干細(xì)胞經(jīng)過一段時(shí)間的三維培養(yǎng)自組織形成了特定的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，但這些多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)通常難以事先預(yù)測，具有一定的隨機(jī)性，這就為組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的具體應(yīng)用帶了限制。

如能夠在一定的理論或規(guī)律的引導(dǎo)下，通過簡單的生物化學(xué)操作就能夠可控的構(gòu)建和調(diào)節(jié)細(xì)胞自組織形成的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，則對(duì)解決上述問題具有積極的推進(jìn)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制備方法，以解決三維多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的制備及結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)控的技術(shù)問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種三維多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1，通過構(gòu)建的三維凝膠系統(tǒng)對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)；以及

步驟S2，調(diào)控多細(xì)胞結(jié)構(gòu)形態(tài)。

進(jìn)一步，所述步驟S1中通過構(gòu)建的三維凝膠系統(tǒng)對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)的方法包括如下步驟：

步驟S11，將外源細(xì)胞因子，即活化子、阻滯子、基質(zhì)子按照一定比例混合，并均勻分散于細(xì)胞培養(yǎng)基中；

步驟S12，在細(xì)胞培養(yǎng)基中加入一定數(shù)量的干細(xì)胞和凝膠配制組合物進(jìn)行混合，配制出凝膠前體溶液；

步驟S13，將所述凝膠前提溶液與交聯(lián)分子溶液以一定的比例混合，經(jīng)過一定時(shí)間的孵育，實(shí)現(xiàn)凝膠化；

步驟S14，在三維凝膠體的上方添加適量培養(yǎng)基，進(jìn)行培養(yǎng)，構(gòu)成一多細(xì)胞結(jié)構(gòu)。