專利名稱：一種軟組織工程支架及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軟組織工程支架及其制造工藝，特別涉及一種由小球和薄膜卷曲 或疊加在一起的支架及其成形方法。
背景技術(shù)：
肝臟、胰臟和腎臟等內(nèi)臟軟組織移植是治療各種慢性軟組織疾病的有效手段，然 而供體的匱乏一直制約著軟組織移植。組織工程為體外培養(yǎng)活體軟組織提供了可能，它有 望實(shí)現(xiàn)內(nèi)臟等軟組織的工程化制造。然而軟組織工程對(duì)支架結(jié)構(gòu)有特定的要求除了支架 內(nèi)應(yīng)存在大量的內(nèi)部管路外，還要求支架柔軟有彈性，避免對(duì)內(nèi)臟的損傷。此外，支架最好 選擇細(xì)胞外基質(zhì)等材料。因此，如何制造這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的支架成為內(nèi)臟軟組織工程的關(guān)鍵 問題之一。傳統(tǒng)的支架制造方法包括相分離法、冷凍法、致孔劑析孔法和發(fā)泡法等。但這些工 藝可控性差，難以構(gòu)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜、供多細(xì)胞生長的支架微觀結(jié)構(gòu)，更重要的是無法實(shí)現(xiàn)多種 細(xì)胞在支架內(nèi)的有序分布。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)支架及其成形方法的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)臟軟組織 工程支架與及其成形工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種組織工程支架，該組織工程支架由小球和薄膜通過卷曲或疊加復(fù)合在一起構(gòu) 成，薄膜采用平面薄膜或立體薄膜，立體薄膜上制造有大量的凹坑，在凹坑底部和凹坑之 間設(shè)置有孔洞，用于安置小球，所述的小球直徑和凹坑直徑為0. 5 5mm，薄膜厚度0. 1 2mm,孔洞直徑0. 1 5mm。組織工程支架的制備方法，包括下列步驟1)首先將水凝膠、膠原、聚乳酸、殼聚糖、絲素蛋白、肝素之一或兩者以上混合經(jīng)過 3 6h勻速攪拌后，制成液體、糊狀或泥狀的生物材料，其中，液體生物材料溶質(zhì)的質(zhì)量分 數(shù)控制在10%以下，糊狀或泥狀生物材料動(dòng)力粘度控制在60 SOPa · s ；2)制造毫米級(jí)小球和薄膜，若生物材料為液體，則用冷凍干燥方式成型小球和薄 膜，生物材料若為糊狀或泥狀，則將3 5 μ 1體積的生物材料壓制成小球和薄膜，薄膜上制 造有凹坑；4)將小球裝入薄膜上的凹坑內(nèi)，然后將附著有小球的薄膜逐步卷起或疊加，形成 小球、薄膜復(fù)合體軟組織工程支架。細(xì)胞和生長因子可在制備生物材料時(shí)混入小球材料中，或者在整個(gè)支架制得后再 向支架內(nèi)部注入。所添加的細(xì)胞可以是血管內(nèi)皮細(xì)胞、肝細(xì)胞、骨細(xì)胞、干細(xì)胞、永生化細(xì)胞、腫瘤細(xì) 胞、幼鼠細(xì)胞或原代肝細(xì)胞。
所采用的生長因子包括肝細(xì)胞生長因子、促血管生長因子或骨細(xì)胞生長因子。本創(chuàng)新技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.小球與薄膜都具有簡單的結(jié)構(gòu)，便于加工制作；小球與薄膜的卷曲或疊加操作 過程也很簡單。2.小球與薄膜組合以后，很容易形成大量的空隙，便于營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入支架內(nèi)部交 流。3.小球與薄膜可以采用不同的材料、生長因子和細(xì)胞，便于針對(duì)不同的細(xì)胞、組織 實(shí)現(xiàn)不同的功能。


圖1為具有用于放置微球的立體結(jié)構(gòu)薄膜示意圖；圖2為基于小球與薄膜的疊加結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為基于小球與薄膜的卷曲結(jié)構(gòu)示意圖。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式一種軟組織工程支架，該內(nèi)臟軟組織工程支架由小球和薄膜通過卷曲或疊加而構(gòu) 成。小球由生物材料(如殼聚糖、絲素蛋白、膠原、水凝膠、聚乳酸或聚乳酸-聚羥基乙 酸、肝素以及細(xì)胞、生長因子和其它抗凝血?jiǎng)?等制成，也可由這些生物材料和細(xì)胞混合制 成；小球可以手工制成也可以通過模具壓制而成；薄膜由生物材料(如絲素蛋白、殼聚糖、膠原、水凝膠、聚乳酸或聚乳酸-聚羥基乙 酸、肝素以及和其它抗凝血?jiǎng)?等構(gòu)成，也可由這些生物材料構(gòu)成薄膜后與細(xì)胞及生長因 子通過浸潤混合在一起。薄膜的材料須具有一定彈性和韌性，便于成形和保持支架的形狀。薄膜分為兩種一種是平面薄膜，一種是帶凹坑的立體薄膜。平面薄膜的制備可以 通過液體澆注在平底器皿上，液體蒸發(fā)晾干后即可形成；帶有凹坑的立體薄膜則需通過模 具澆注、蒸發(fā)晾干后形成。所采用的細(xì)胞可以是血管內(nèi)皮細(xì)胞、肝細(xì)胞、骨細(xì)胞、干細(xì)胞、永生化細(xì)胞、腫瘤細(xì) 胞、幼鼠細(xì)胞、元代肝細(xì)胞等。所采用的生長因子包括肝細(xì)胞生長因子、促血管生長因子、骨細(xì)胞生長因子等。所述的小球直徑和薄膜凹坑直徑大小在0. 5 5mm之間，薄膜厚度在0. 1 2mm 之間，小球內(nèi)部管道直徑是小球直徑的1/4 2/3，薄膜上的小孔直徑在0. 1 5mm。制作該支架的過程如下1)首先配制用于制造小球和薄膜的材料，用于制造小球和薄膜的混合材料應(yīng)為液 體或糊狀或泥狀。2)通過模具或手工方法制造毫米級(jí)小球和薄膜，如果配置混合后的材料是液體 狀，可以利用模具澆注后冷凍而成形，如果配置混合后的材料是糊狀或泥狀，則可以利用模 具壓制而成。如果采用后冷凍成形，則細(xì)胞、生長因子等須在成形后再注入。3)分別將小球裝入薄膜上的凹坑內(nèi)，然后逐步卷起形成細(xì)胞、生長因子和非生命的生物材料的復(fù)合體。細(xì)胞和生長因子也可以在生物材料構(gòu)成的小球和薄膜卷曲或疊加后 再注入。首先配置用于制造小球和薄膜的材料。其中，用于制造小球的材料應(yīng)具有良好的 生物相容性，并且針對(duì)不同的組織工程所用到的細(xì)胞，可選用與之對(duì)應(yīng)的最佳生物材料，從 而為細(xì)胞提供最佳的生長環(huán)境，例如膠原或明膠等材料；用于制造薄膜的材料則應(yīng)具備優(yōu) 良的塑性和韌性，能夠精確成型并且承受較大變形，例如殼聚糖、絲素蛋白等材料。通過調(diào) 整濃度各種材料或者它們的混合物調(diào)節(jié)其流動(dòng)性，使之表現(xiàn)為液狀、糊狀或泥狀。液狀材料 總的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)需控制在10%以下以保證其流動(dòng)性以及成型后的孔隙率；糊狀或泥狀 材料則需3 6h勻速攪拌，使其完全混合均勻，動(dòng)力粘度孔制造60 SOPa · S。然后通過模具灌注或壓制的方法制造毫米級(jí)的小球和薄膜。當(dāng)所配材料為液狀 時(shí)，將其灌注入模具型腔，經(jīng)過24h冷凍干燥成型后，再在小球支架中加入細(xì)胞和生長因子 (預(yù)凍溫度_20°C，真空度0. IMPa)；若材料為粘度較大的糊狀或泥狀，則將細(xì)胞或生長因子 的材料按細(xì)胞生長的需求比例與生物材料均勻混合后，注入用于制造小球的模具型腔內(nèi)， 通過上下模具壓制成型(壓力控制在10-30N)。薄膜的制造方法與此類似，將材料填滿下模 具后，保證填充厚度超過實(shí)際所需薄膜厚度的2倍，再壓入上模具成型。經(jīng)過24h以上充分 干燥后，脫模，取出薄膜支架。制得的小球與薄膜分別如示意圖2中3、4，所示。其中薄膜的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包 括背面凹坑(凸起)1，正面凹坑2，以及小孔3。凸起和凹坑的曲率與小球直徑配合，可將小 球在薄膜上均勻和穩(wěn)固的放置，再通過疊加(圖2)或卷曲(圖3)的方式，使其成為薄膜與 微球的立體復(fù)合細(xì)胞支架。用消毒后的手術(shù)線或其他材料捆綁固定外形。該方式制得的細(xì)胞培養(yǎng)支架，可在不同層的小球上加入不同種類的細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)多 種細(xì)胞的復(fù)合培養(yǎng)。通過控制支架的外形尺寸，能夠與不同生物反應(yīng)器的內(nèi)腔配合，從而適 應(yīng)各種灌流動(dòng)態(tài)培養(yǎng)環(huán)境。薄膜與微球的組合方式，以及聯(lián)通支架各層的結(jié)構(gòu)2，能夠提高 支架的內(nèi)部孔隙率，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)流動(dòng)。并且可在支架中加入針對(duì)不同細(xì)胞種類的細(xì)胞生 長因子，更加促進(jìn)各種細(xì)胞的生長和功能表達(dá)。
權(quán)利要求
一種組織工程支架，其特征在于該組織工程支架由小球(3)和薄膜(4)通過卷曲或疊加復(fù)合在一起構(gòu)成，薄膜采用平面薄膜或立體薄膜，立體薄膜上制造有大量的凹坑(1)，在凹坑底部和凹坑之間設(shè)置有孔洞(2)，用于安置小球，所述的小球直徑和凹坑(1)直徑為0.5～5mm，薄膜(4)厚度0.1～2mm，孔洞(2)直徑0.1～5mm。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的組織工程支架的制備方法，包括下列步驟1)首先將水凝膠、膠原、聚乳酸、殼聚糖、絲素蛋白、肝素之一或兩者以上混合經(jīng)過3 6h勻速攪拌后，制成液體、糊狀或泥狀的生物材料，其中，液體生物材料溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控 制在10%以下，糊狀或泥狀生物材料動(dòng)力粘度控制在60 SOPa · s ；2)制造毫米級(jí)小球和薄膜，若生物材料為液體，則用冷凍干燥方式成型小球和薄膜，生 物材料若為糊狀或泥狀，則將3 5μ 1體積的生物材料壓制成小球和薄膜，薄膜上制造有 凹坑；3)將小球裝入薄膜上的凹坑內(nèi)，然后將附著有小球的薄膜逐步卷起或疊加，形成小球、 薄膜復(fù)合體軟組織工程支架。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軟組織工程支架及其制備工藝，以毫米級(jí)小球和薄膜利用卷曲或疊加工藝結(jié)合在一起構(gòu)建細(xì)胞支架。小球和薄膜可以采用不同的生物材料制成，以便更好地發(fā)揮二者的不同作用。其中，薄膜是由一種具有與小球尺度和形狀相適應(yīng)的毫米級(jí)凹坑結(jié)構(gòu)的彈性生物材料制成，用于放置小球；小球采用生物相容性好的材料制成。為了增加導(dǎo)通性，小球開有小孔，薄膜與小球接觸點(diǎn)及凹坑與凹坑之間均開有小孔。小球和薄膜可以各自獨(dú)立地與細(xì)胞復(fù)合在一起，形成細(xì)胞支架復(fù)合體，然后將小球逐個(gè)放入薄膜上的凹坑內(nèi)，最后將薄膜卷曲或逐層疊加。薄膜之間夾著大量小球，復(fù)合體可以直接植入體內(nèi)，也可以用于體外培養(yǎng)。
文檔編號(hào)A61L27/22GK101879097SQ201010218628
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者劉亞雄, 盧秉恒, 李滌塵, 趙倩, 連芩, 高琨 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)