[發(fā)明專利]基于3D打印技術的澆筑成型仿生毛細血管網(wǎng)的制法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010078215.0
• 申請日: 2020-02-03
• 公開（公告）號: CN111733125B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設計）人: 張耀鵬;陳杰;宋魯杰;苑煒;范蘇娜;傅強;姚響
• 申請（專利權）人: 東華大學;上海市第六人民醫(yī)院
• 主分類號: C12N5/071
• 分類號: C12N5/071;B29C64/106;B33Y10/00;C08J3/075;C08L89/00;C08L5/04;C08L5/08
• 代理公司: 上海統(tǒng)攝知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

本發(fā)明涉及一種基于3D打印技術的澆筑成型仿生毛細血管網(wǎng)的制法，先利用3D打印技術制備內(nèi)含三維立體通道和生長因子的水凝膠，再將內(nèi)皮細胞接種至通道中培養(yǎng)一段時間后，得到澆筑成型仿生毛細血管網(wǎng)，其中，三維立體通道為人體動脈或靜脈血管網(wǎng)絡狀結構，由多個圓柱狀通道組成，相鄰兩個圓柱狀通道的中心距小于等于5mm，水凝膠為可被內(nèi)皮細胞及其分化出的細胞侵入的水凝膠。本發(fā)明的一種基于3D打印技術的澆筑成型仿生毛細血管網(wǎng)的制法，簡單易行，成本低廉，具有環(huán)境普適性，可以通過利用水凝膠的多孔性和控制生長因子的濃度使血管網(wǎng)絡主干長出支干，從而更形象地模擬生物體內(nèi)血液流動，還能有效提高整體水凝膠微流體的機械性能。

技術領域

本發(fā)明屬于水凝膠微流體血管網(wǎng)絡技術領域，涉及一種基于3D打印技術的澆筑成型仿生毛細血管網(wǎng)的制法。

背景技術

微流體目前已經(jīng)實現(xiàn)了精確的流體操作和極小體積控制，以應對高通量生物分子分析、疾病診斷和綜合細胞研究領域的挑戰(zhàn)。以往的微流體系統(tǒng)以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為細胞間融合、交融的媒介，由于其光學透明性、低毒性、生物惰性，使其在微流體凝膠系統(tǒng)中得到廣泛的生物和化學應用。但是，PDMS微流體裝置存在如下缺點：

(1)PDMS微流體裝置由有機硅預聚物制成，在其制備過程中受高溫加工影響使得具有生物功能的組件失效；

(2)PDMS不支持細胞直接表面附著，需要進行物理和化學手段修飾，如利用細胞外基質(zhì)(EMC，纖維連接蛋白、膠原蛋白等)將PDMS包被后再讓細胞附著在其表面；

(3)PDMS微流體水凝膠裝置通常不能進行含水試劑或細胞滲透的實驗，且質(zhì)量傳遞和功能化僅限于微通道的表面；

(4)PDMS在生物體內(nèi)不可降解，因此在臨床試驗中PDMS不能做到與生物體相融合。

現(xiàn)如今，更多的生物相關的天然水凝膠材料已用于微流體制造。然而，現(xiàn)有的3D微流體網(wǎng)絡水凝膠采取多層組裝，導致水凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡單一，制造過程復雜，還不具備環(huán)境普適性，且最終的水凝膠還存有尺寸變化的現(xiàn)象，同時制備得到的微流體血管網(wǎng)絡只含有通道主干，無血管支干，進而無法更形象地模擬生物體內(nèi)血液流動；此外，當前多層組裝的水凝膠微流體的相鄰層之間的強度及整體水凝膠的剛度也亟待解決。

因此，研究一種網(wǎng)絡管路形態(tài)多樣、機械強度優(yōu)異的水凝膠微流體血管網(wǎng)絡的簡單且具有環(huán)境普適性的制備方法，具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術中水凝膠微流體血管網(wǎng)絡制造過程復雜、不具備環(huán)境普適性以及制得的微流體血管網(wǎng)絡組成簡單、機械強度差的問題，提供一種基于3D打印技術的澆筑成型仿生毛細血管網(wǎng)的制法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的方案如下：

基于3D打印技術的澆筑成型仿生毛細血管網(wǎng)的制法，先利用3D打印技術制備內(nèi)含三維立體通道和生長因子的水凝膠，再將內(nèi)皮細胞(具體為人臍靜脈內(nèi)皮細胞(HUVEC)或人微血管內(nèi)皮細胞(HMVEC))接種至通道中培養(yǎng)一段時間后，得到澆筑成型仿生毛細血管網(wǎng)，其中，三維立體通道為人體動脈或靜脈血管網(wǎng)絡狀結構，由多個圓柱狀通道組成，相鄰兩個圓柱狀通道的中心距小于等于5mm(具體為0.3～5mm)，水凝膠為可被內(nèi)皮細胞及其分化出的細胞侵入的水凝膠。相鄰兩個圓柱通道的中心距是受生長因子濃度的影響，當兩個相鄰的圓柱通道過近，會導致中間水凝膠厚度很薄，在給與較高壓力促使血液在微流體水凝膠中流動，存在血管破裂的潛在因素；當兩個相鄰的圓柱通道過遠，會造成血管支路生長天數(shù)增長，在同樣的細胞培養(yǎng)天數(shù)下，增加通道距離，會使血管間可能并不互通，血管周圍僅長有無數(shù)的毛細血管。

作為優(yōu)選的技術方案：

如上所述的基于3D打印技術的澆筑成型仿生毛細血管網(wǎng)的制法，水凝膠為絲素水凝膠，本發(fā)明水凝膠的種類包括但不僅限于此，其他種類的生物質(zhì)水凝膠也在本發(fā)明的保護范圍。