[發(fā)明專利]一種功能梯度類腦組織體外構(gòu)建系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711332580.4
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108034585B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王玲;潘兵磊;方奧;郝志巖;李滌塵
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/42;C12N5/071
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開了一種功能梯度類腦組織體外構(gòu)建系統(tǒng)及方法，包括組織支架成形裝置，沿組織支架成形裝置的四周設(shè)置有灌流系統(tǒng)，灌流系統(tǒng)采用對側(cè)等壓灌注的方式向組織支架成形裝置內(nèi)灌流培養(yǎng)液，支架成形裝置連接有電磁場刺激裝置，電磁場刺激裝置用于調(diào)控支架成形裝置內(nèi)支架成形后種植的細(xì)胞。利用纖維性蛋白在電場下形成分層結(jié)構(gòu)凝膠的特點，制造出具有梯度層狀結(jié)構(gòu)的支架，來模擬神經(jīng)元細(xì)胞在大腦皮質(zhì)內(nèi)部的基質(zhì)結(jié)構(gòu)環(huán)境，系統(tǒng)可以形成具有梯度層狀結(jié)構(gòu)的支架來模擬神經(jīng)元在大腦皮質(zhì)內(nèi)部的的基質(zhì)結(jié)構(gòu)環(huán)境，利用灌流系統(tǒng)，不僅可以為組織提供新鮮的營養(yǎng)物質(zhì)，帶走代謝廢物，還可以提供具有梯度濃度分布的生化因子刺激條件。電磁場的存在可以更加真實的模擬大腦所處環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于組織工程與生物制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種功能梯度類腦組織體外構(gòu)建系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

大腦作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的核心部分，是調(diào)節(jié)機體功能的器官，同時也是語言、運動、聽覺、視覺、情感等高級神經(jīng)活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。

大腦具有復(fù)雜的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)直接影響腦的功能。在宏觀結(jié)構(gòu)上，腦分左右兩個半球，大腦皮質(zhì)(灰質(zhì))覆蓋著每個大腦半球的大部分。大腦皮層的內(nèi)部組織是由神經(jīng)纖維或髓鞘構(gòu)成的白質(zhì)，外部表面是大量深淺不等的褶皺狀溝回結(jié)構(gòu)，使大腦皮質(zhì)表面積大為增加(人類大腦皮層表面積可達2200cm²)。

在微觀結(jié)構(gòu)上，大腦皮質(zhì)是一個高度褶疊的神經(jīng)組織板。大腦皮質(zhì)平均厚約2～3毫米，是神經(jīng)細(xì)胞聚集的部分，按照細(xì)胞排列次序、種類和大小不同，大體形成六個結(jié)構(gòu)層次，每層厚度從200μm到1000μm不等，并且不同功能區(qū)域六層結(jié)構(gòu)的厚度也有所不同，神經(jīng)細(xì)胞在垂直方向聚合形成圓柱形的細(xì)胞柱排列，構(gòu)成了大腦皮層最基本的機能單位并組合成一個個“塊狀”的功能聯(lián)合體。

大腦皮質(zhì)的分層結(jié)構(gòu)已經(jīng)被確定，但關(guān)于這種分層結(jié)構(gòu)是如何形成的研究十分缺乏。傳統(tǒng)的研究主要基于微流道的方法，將神經(jīng)元細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞分別在兩個培養(yǎng)小室中培養(yǎng)，中間通過微通道相連，在二維層面上研究神經(jīng)元細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用，但這種方式不能很好的模擬神經(jīng)元在大腦皮層內(nèi)部的微環(huán)境，無法提供神經(jīng)元分層發(fā)生所必要的刺激環(huán)境(如生化因子、梯度基質(zhì)結(jié)構(gòu)以及電磁場環(huán)境等)，不能很好的研究分層結(jié)構(gòu)的形成機理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種功能梯度類腦組織體外構(gòu)建系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)將支架形成與灌流培養(yǎng)相結(jié)合，制造出了具有梯度層狀結(jié)構(gòu)的支架，為在體外構(gòu)建功能梯度類腦組織提供了如梯度濃度的生化因子、電磁場等多種刺激環(huán)境。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種功能梯度類腦組織體外構(gòu)建系統(tǒng)，包括組織支架成形裝置，沿組織支架成形裝置的四周設(shè)置有灌流系統(tǒng)，灌流系統(tǒng)采用對側(cè)等壓灌注的方式向組織支架成形裝置內(nèi)灌流培養(yǎng)液，支架成形裝置連接有電磁場刺激裝置，電磁場刺激裝置用于調(diào)控支架成形裝置內(nèi)支架成形后種植的細(xì)胞。

具體的，灌流系統(tǒng)包括分別設(shè)置在組織支架成形裝置四周的第一注射泵、第一廢液池、第二注射泵和第二廢液池，第一注射泵和第二注射泵相對設(shè)置，第一廢液池和第二廢液池相對設(shè)置。

進一步的，第一注射泵通過第一進口通道與組織支架成形裝置連接，第一廢液池通過第一出口通道與組織支架成形裝置連接，第二注射泵通過第二進口通道與組織支架成形裝置連接，第二廢液池通過第二出口通道與組織支架成形裝置連接，第一注射泵連接有用于控制注射泵壓力的第一注射泵控制器，第二注射泵連接有用于控制注射泵壓力的第二注射泵控制器。

具體的，組織支架成形裝置由聚二甲基硅氧烷材料制成，包括上層和下層，在上層和下層的內(nèi)部中心設(shè)置有支架成形區(qū)，灌流系統(tǒng)與支架成形區(qū)連接，在上層內(nèi)設(shè)置有與支架成形區(qū)連接的樣品入口通道，樣品入口通道用于添加纖維性蛋白溶液。