[發明專利]一種實現人工器官的仿生構建方法

在審

• 申請號: 201910072705.7
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109732927A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 王靖童
• 申請（專利權）人: 王靖童
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;G06T17/00;B33Y50/00
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 吳肖敏

本發明公開了一種實現人工器官的仿生構建方法，涉及再生醫學技術領域。采用醫學CT、MRI、B超等技術重構類人器官的三維計算機模型，將重構的三維計算機模型以三維格式導出，根據細胞的結構特征、仿生學特征，利用計算機輔助設計軟件分層離散和數控成型的方法進行實體化過程中的細胞組織的仿生微納空間設計。該實現人工器官的仿生構建方法及其三維打印設備，具有能夠構建出和原有人體組織近似功能、可植入人體的類器官，用于創傷修復、組織或器官置換，以滿足患者需求，提高生存質量，降低風險，縮短療程，最終解決器官移植的供需難題。

技術領域

本發明涉及再生醫學技術領域，具體為一種實現人工器官的仿生構建方法及其三維打印設備。

背景技術

三維打印技術已經在中國醫學領域流行，但現存于中國境內的三維打印技術僅被用于假體打印，如牙模、金屬植入物和醫學輔助支架，其所用材料皆為生物替代材料或生物替代材料制作模型并后期添加活細胞。

即使國內最先進的三維生物打印也只能打印簡單細胞，目前尚無單位、企業或個人可以用活細胞打印出可立即用于移植的組織或器官，大量患者仍需采用假體或異體移植的方法進行治療。

發明內容

本發明的目的就是為了彌補現有技術的不足，能夠構建出和原有人體組織近似功能、可植入人體的類器官，用于創傷修復、組織或器官置換，以滿足患者需求，提高生存質量，降低風險，縮短療程，最終解決器官移植的供需難題。

本發明為解決上述技術問題，提供如下技術方案：一種實現人工器官的仿生構建方法，構建方法包括以下步驟：

S1，采用醫學CT、MRI、B超等技術重構類人器官的三維計算機模型,采用改進的基于聚合最小均方差線段逼近法對其進行數據壓縮,在保有原數據特征信息的前提下對數據進行壓縮精簡,再根據建模目標以及輪廓數據特點,基于面繪制出傳統輪廓線；

S2，將重構的三維計算機模型以三維格式導出，根據細胞的結構特征、仿生學特征，利用計算機輔助設計軟件分層離散和數控成型的方法進行實體化過程中的細胞組織的仿生微納空間設計，包括三維多孔、微納流管道等結構、細胞的種類、細胞組織結構層數、細胞的形狀、細胞的年齡和細胞的遺傳信息等，微納空間設計可以是多層或單層；

S3，將設計的三維模型以三維格式導出，利用三維打印技術將活細胞與生物墨水同時或接近同時定位裝配；

S4，將所打印出的活細胞與生物墨水混合體放入對應的培養環境中，培養并觀察1天至1個月不等，以便確定混合體的成活率、機械穩定性、功能性和仿生特性等進行移植手術前的所需檢測，制成人工仿生類器官。

進一步的，所述生物墨水的使用材料可以為生物高分子材料、天然生物材料或無機材料中的至少一種，包括但不限于左旋聚乳酸、乳酸-羥基乙酸共聚物、三乙胺及其衍生物、聚己內酯、異丁烯酸鹽、明膠、殼聚糖、海藻酸鈉、血清或血漿蛋白、透明質酸、生長因子、凝血酶、可吸收金屬、羥基磷灰石、丙酮、甘油及其衍生物的至少一種。

通過采用上述技術方案，完全按照人體器官內部結構設計類器官，將活細胞與生物墨水同時打印，一次成型，保證其與人體原生器官有高度的相似性，并可替代原生器官執行身體所需功能。

進一步的，所述活細胞、部分生物墨水來源于患者自體的細胞。

通過采用上述技術方案，活細胞來自患者自身，生物墨水中的內容皆來自經FDA批準的極高生物安全性和良好生物相容性的材料，避免了免疫排斥等問題。

進一步的，所述人工類器官為可直接用于動物或人體移植手術、以替換病變組織器官、修復創傷組織器官或填補缺損組織器官。

通過采用上述技術方案，內部仿照人體原生器官設計且一次成型，保證細胞的位置和數量可控。