[發明專利]一種三維打印復合氣凝膠構建仿生氣管及其制備方法

有效

• 申請號: 202110039629.7
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112843334B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 莫秀梅;袁征超;沈威;陳玉杰
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: A61L27/18
• 分類號: A61L27/18;A61L27/22;A61L27/50;A61L27/52;A61L27/56;B33Y10/00;B33Y70/10;B33Y80/00
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 宋旭;黃志達

本發明涉及一種三維打印復合氣凝膠構建仿生氣管及其制備方法，包括：將碎纖維混合液與鏤空圓管支架，在模具中澆筑成型，交聯，熱處理、浸泡獲得。本發明所述聚乳酸/明膠氣凝膠具有納米纖維結構，是一種多孔的，可擠壓的，具有優良吸水性的海綿結構材料。本發明所得材料能促進軟骨細胞基質的形成，為仿生氣管結構功能長期穩定提供有效支撐。

技術領域

本發明屬于仿生氣管及其制備領域，特別涉及一種三維打印復合氣凝膠構建仿生氣管及其制備方法。

背景技術

氣管是一種血管化的中空管，更是連接在喉和肺之間的通道。多種疾病會導致氣管狹窄，影響通氣功能，嚴重時甚至造成窒息，危及生命。目前，黃金標準治療是利用氣管切除術即氣管切除與對端吻合進行重建以恢復氣管的連續性。其他療法還包氣管支架植入術或滑動氣管成形術。以上治療方法均有不同程度的成功，但是臨床上沒有可行的選項適用于長段氣道障礙患者。對于成人氣管狹窄缺損長度＜6cm，兒童氣管狹窄缺損長度＜1/3總氣管長度的這種未達到嚴重狹窄及缺損的病例，臨床上多采用狹窄及缺損處切除后端端吻合的治療方式。正在開發用于氣管替代的替代物中，包括自體移植物，同種異體移植物和假肢，或以上替代物的組合，但是它們具有炎癥，感染，不適當尺寸以及未能有效模擬原始組織的生理特性的限制。為了解決這些問題，基于三維打印復合氣凝膠的組織工程支架為氣管組織的治療和再生提供了潛在的替代方案。

三維打印技術是一種新型制造技術，已應用于仿生組織器官的個性化打印中。其具有制造精度高、空間層次結構清晰、制作效率高、個性化適配性好等優點。運用三維打印技術和氣凝膠工藝制備具有夾層結構的仿生氣管支架，聚己內酯鏤空圓管支架兩側的氣凝膠可解決常規替代物生物相容性較差的問題，同時內層中間的聚己內酯鏤空圓管支架可提供長期的力學支撐，防止仿生氣管在移植后力學不足而坍塌。

氣凝膠是凝膠脫去溶劑所形成的物質形態，是世界上密度最小的固體。氣凝膠能夠精準地模擬細胞外基質的生物學微環境，已在骨、肝等器官的再生醫學研究中展示出良好的應用前景。氣凝膠生物學優點主要體現在：大孔隙結構，利于軟骨細胞黏附和增殖，同時也利于細胞攝取營養物質，進而促進細胞分化成熟，分泌細胞外基質；空間構象分布均勻，利于細胞定居并維持穩定的立體結構。此外，它還具有三維結構可控，定制性強，優良的彈性力學，能夠抗彎折等優點。氣凝膠的上述特點促使我們推測，氣凝膠具有氣管替代物所需的力學特性，更有助于軟骨增殖分化，形成軟骨基質，成為適合構建仿生氣管支架的理想材料。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種三維打印復合氣凝膠構建仿生氣管及其制備方法，克服現有技術利用生物體自身組織提取材料的局限性，且加工方式繁瑣、成本高等缺陷。本專利材料來源于高分子聚合物和明膠，材料容易獲得且加工方式為靜電紡絲和三維打印結合，進而制備的仿生氣管力學性能、兩側負載的氣凝膠等特征更能模擬生物體組織生長的微環境。

本發明的一種復合氣凝膠構建仿生氣管的方法，包括：

(1)將生物納米纖維膜剪碎后加入溶劑中，勻漿粉碎處理，得到碎纖維混合液；

(2)三維打印平面網狀支架固定在固定軸上，軟化，成型，得到有缺口(連接處缺口)的鏤空圓管支架，然后縫合缺口，得到鏤空圓管支架；

(3)將步驟(1)中的碎纖維混合液與步驟(2)的鏤空圓管支架，在模具中澆筑成型，交聯，得到交聯后的仿生氣管支架；

(4)將上述交聯后的仿生氣管支架進行熱處理，浸泡谷氨酸溶液，漂洗，干燥成型，得到仿生氣管。

上述制備方法的優選方式如下：

所述步驟(1)中生物納米纖維膜可為聚乳酸/明膠或聚己內酯等其它聚酯的生物納米纖維膜