[發明專利]載細胞的水凝膠微管在組織修復中的應用

在審

• 申請號: 202110997849.0
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113616856A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 李斌;韓鳳選;王佳媛
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: A61L27/56
• 分類號: A61L27/56;A61L27/50;A61L27/52;A61L27/54;A61L27/38
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 王玉仙

本發明涉及一種載細胞的水凝膠微管，可用于組織修復，其由可降解的天然高分子水凝膠微管和載在微管中的細胞組成，微管直徑200?800μm，管腔直徑20?500μm，以天然高分子溶液為外相，以含有細胞的氯化鈣溶液為內相，通過微流控技術制備得到。本發明制備得到的水凝膠微管能同時載多種細胞，且支持血管內皮細胞在管腔內生長，支持干細胞或其它細胞在微管表面生長，其制備過程簡單，尺寸可調，便于在不規則體內缺損處即時堆疊或組裝成可灌注的血管網絡。

技術領域

本發明涉及生物醫用材料技術領域，尤其涉及載細胞的水凝膠微管在組織修復中的應用。

背景技術

組織工程的最終目的是為了實現對人體器官和組織的修復。而在組織工程中，一個最大的限制是再生的器官或者組織沒有足夠的血液供應，以維持組織工程支架在植入人體后初始階段的組織活力。在血管網絡形成前，植入物必須依靠擴散作用來提供營養和清除體內廢物，這可能導致植入部位營養缺失，從而導致植入物的不適當整合甚至完全失去作用。

在材料設計時，引入促血管化策略，為組織修復效果的提升提供了一種新的可能。如在骨修復領域，帶血管蒂的骨移植增加了創傷區的血管密度，有助于消除損傷部位的局部感染。最近，從自體組織中提取的微血管能有效促進心肌損傷的修復。但自體血管供體有限，限制了其臨床應用。也有采用支架中攜載外源性生長因子如血管內皮生長因子(VEGF)等來促進血管形成的研究。然而，這一策略的成功依賴于支架材料中微血管網絡的快速形成和有效灌注的建立，但該過程中生長因子的活性維持時間、受者的健康狀況和植入物的位置等因素對其有顯著影響。也有研究在支架材料中加入血管內皮細胞來起到促血管化的目的，該方法雖能促進血管化，但要形成微血管網絡和建立有效灌注將受細胞活性、密度、受者的健康狀況和植入物的位置等因素的影響。

在此基礎上，人們提出了預血管化策略。它是組織工程支架內通過3D打印或模板法等構建出載細胞的預制血管網絡，該方法大大縮短了組織工程支架材料中血管網絡的形成時間，并能快速建立有效灌注。但是上述方法中3D打印需要特殊的設備，微米級管道模板的建立較為復雜且對操作者要求較高，且利用上述方法針對不規則或尺寸不一的缺損進行建模和制備個性化修復材料耗時耗力。因此，仍需要一種材料來解決現有組織工程材料的缺陷。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種載細胞的水凝膠微管，能同時載多種細胞，且制備過程簡單，尺寸可調，便于體內堆疊或組裝成可灌注的血管網絡。

本發明要求保護載細胞的水凝膠微管在組織修復中的應用，水凝膠微管由以下步驟制備得到：

(1)將海藻酸鈉0.5％-4％w/v、甲基丙烯酰化明膠5％-10％w/v與海藻酸鈉0.5％-4％w/v的混合溶液、殼聚糖1％-2％w/v與海藻酸鈉0.5％-4％w/v的混合溶液、葡聚糖1％-3％w/v與海藻酸鈉0.5％-4％w/v的混合溶液中的一種，加入到同體積的濃度為0.5-3mg/mL的膠原中，得到天然高分子溶液；

(2)將10⁶-10⁷個/mL的細胞與濃度為0.5％-5％w/v的氯化鈣溶液混合，得到含有細胞的氯化鈣溶液；在此細胞數量和溶液濃度范圍內，既不影響細胞存活或活性，也不影響微管形成。

(3)通過微流控裝置，以天然高分子溶液為外相，以含有細胞的氯化鈣溶液為內相，內相和外相的流速比為4:1-0.5:1，在微流泵的推動下，內相和外相接觸時進行預固化，之后進行完全固化，得到水凝膠微管。

本發明的水凝膠微管通過微流控技術制備，相對于傳統3D打印技術，成本低且形狀和尺寸可通過流速進行調節，可控性高，操作簡便，且在內外相相遇時進行預固化成型，此時殼中和殼外層的固化不完全，需進一步固化實現充分固化，得到微管直徑200-800μm、管腔直徑20-500μm的水凝膠微管。另外，本發明制備的水凝膠微管與傳統的海藻酸鈉纖維不同，加入膠原成分促進細胞生長。