[發明專利]一種構建具有異質功能纖維和血管通道的纖維束/組織結構的方法

有效

• 申請號: 202110598763.0
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113215101B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 熊卓;方永聰;張婷
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C12N5/079
• 分類號: C12N5/079;C12N5/077;C12N5/071;A61L27/16;A61L27/18;A61L27/20;A61L27/22;A61L27/24;A61L27/38;A61L27/50;B33Y70/10
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王春霞

本發明公開了一種構建具有異質功能纖維和血管通道的纖維束/組織結構的方法。所述方法包括如下步驟：根據神經纖維束或肌肉纖維束的血管通道和多級結構設計預定義圖案，并依此設置套筒；在套筒內載入分別載有相應細胞(神經來源細胞、肌肉來源細胞、基質細胞、血管生成細胞、神經外膜材料和肌外膜材料)，經擠出得到含異質功能纖維和血管通道的神經纖維束或肌肉纖維束。本發明制備方法可以一步成形高度異質的纖維束結構，同時能夠在微觀尺度上重構復雜纖維束的不同功能單元，很好地克服了微擠出式細胞3D打印技術的打印精度低等技術瓶頸。本發明方法適合于構建具有不同功能纖維和血管通道的復雜纖維束結構，可用于病損組織器官修復、藥物開發與篩選和病理研究模型等。

技術領域

本發明涉及一種構建具有異質功能纖維和血管通道的纖維束/組織結構的方法，屬于組織工程和生物制造技術領域。

背景技術

生物3D打印技術通過將含細胞的生物墨水按照預定義的打印路徑，通過層層堆積形成3D結構，在復雜組織和器官的構建方面具有巨大的優勢。其中，微擠出式生物3D打印技術由于材料適用范圍廣，生物墨水粘度范圍可以在0.03～5×10⁴Pa·s區間，具有成形制造復雜組織結構的潛力，成為目前主流的打印工藝。這種工藝將粘性生物墨水通過微型噴嘴時，在機械力或氣壓的驅動下受到擠壓從而形成纖維。

人體各種組織與器官具有高度異質性，由多種細胞按照復雜的方式排布組成。其中，神經組織和肌肉組織作為典型的束狀結構，由多種不同的功能纖維單元組裝而成，同時含有豐富的血管和基質組織。因此，功能化神經和肌肉組織的體外構建面臨著特殊的難度與挑戰：

1)打印精度低，難以構建精度在百微米以下的結構特征(如微血管和神經)：微擠出式3D打印工藝中使用的噴嘴直徑越小，生物墨水擠出經過噴嘴時承受的剪切力越大，對細胞造成的損傷也越大，限制了該工藝的打印精度(300～500μm范圍)，而功能纖維單元的尺寸通常在幾十到數百微米，從而限制了體外微纖維的可控組裝。

2)異質細胞結構的可控組裝困難：神經和肌肉纖維束包含高度異質的功能纖維，比如神經組織含有運動神經纖維、感覺神經纖維和血管，肌肉組織包含肌肉纖維、血管通道和神經纖維組成。目前通用方法是采用多噴頭打印策略，使用含不同細胞的生物墨水交替進行打印，然后這種方法需要高度復雜的控制系統，同時打印耗時長。

綜上，常規的生物3D打印技術在復雜神經和肌肉組織構建方面仍具有巨大的挑戰，尚需成形工藝創新突破來實現。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有異質功能纖維和血管通道的纖維束的方法，通過在預先定義的噴頭套筒內加載不同生物墨水，同步擠出獲得含血管結構和多種不同微纖維的纖維束，同時可進一步在空氣、液體或懸浮介質中打印成形更加復雜的仿生異質神經或肌肉組織，可用于病損組織器官修復、藥物開發與篩選和病理研究模型等，具有重要的醫學轉化和臨床應用前景。

本發明所提供的構建具有異質功能纖維和血管通道的神經纖維束或肌肉纖維束或肌肉組織結構的方法，包括如下步驟：

S1、根據神經纖維束或肌肉纖維束的血管通道和多級結構設計預定義圖案，并依此設置套筒；

S2、在所述套筒內載入分別載有相應細胞的生物墨水，經擠出得到含異質功能纖維和血管通道的神經纖維束或肌肉纖維束；

所述生物墨水為下述1)、3)、4)、5)或2)-4)、6)：

1)載神經來源細胞的生物墨水；

2)載肌肉來源細胞的生物墨水；

3)載基質細胞的生物墨水；

4)載血管生成細胞的犧牲生物墨水；

5)載神經外膜材料的生物墨水；

6)載肌外膜材料的生物墨水。