中空水凝膠纖維的制備及構(gòu)建分支血管單元的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種動(dòng)物體組織血管化的構(gòu)建方法，特別是涉及一種利用生物組織纖維制造血管結(jié)構(gòu)的方法，應(yīng)用于生物制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大段骨缺損一直是威脅人類生命健康的醫(yī)學(xué)難題，隨著骨組織工程技術(shù)的發(fā)展，骨組織工程的再生修復(fù)有了很大的進(jìn)展，但是由于骨組織本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在構(gòu)建較大體積組織工程骨方面還存在較多的問題，其中最主要的就是缺血壞死。隨著細(xì)胞工程技術(shù)和生物制造技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研宄開始嘗試符合生理學(xué)要求的大塊組織工程骨，因此血管化的構(gòu)建是保證大塊組織工程骨生物學(xué)功能的關(guān)鍵因素。類血管結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建是目前在生物制造領(lǐng)域解決血管化問題的有效途徑之一，類血管結(jié)構(gòu)對(duì)于組織內(nèi)細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)供給、氣體交換、生長(zhǎng)因子和蛋白質(zhì)的傳遞以及細(xì)胞的新陳代謝有著極其重要的意義。
[0003]目前，眾多研宄采用海藻酸鈉和氯化鈣進(jìn)行交聯(lián)來獲得中空水凝膠纖維，以此來獲得類血管的單根管結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，采用中空水凝膠纖維來搭接中空支架來獲得類血管結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。但此過程是由單根中空纖維從頭到尾搭接完成，并不存在血管分支結(jié)構(gòu)。而在人體骨組織的血管網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，是由許多分支血管構(gòu)成的。因此，此種方法并不能有效的解決血管化問題。
[0004]在解決血管化分支問題方面，主要思路是圍繞著在塊狀的水凝膠中留出分支血管的通路，以此來獲得分支血管結(jié)構(gòu)。所采用的方法與模具的方法較類似，先將分支血管的結(jié)構(gòu)制作出來，接著采用水凝膠進(jìn)行涂覆或者填充，之后再根據(jù)消失模原理將分支血管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行溶解，此時(shí)就會(huì)在水凝膠塊中形成分支血管的通道。此種方法雖然能夠獲得分支血管結(jié)構(gòu)，但其過程較為復(fù)雜，所采用的材料較多，依賴于消失模的完全溶解；另外，其對(duì)細(xì)胞活性影響較大。因此，目前對(duì)于分支血管結(jié)構(gòu)的構(gòu)建問題的技術(shù)解決方案還不夠理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種中空水凝膠纖維的制備及構(gòu)建分支血管單元的方法，采用中空水凝膠纖維制作類血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單元，使得所構(gòu)建的類血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不是單根血管結(jié)構(gòu)，而是帶有明顯分支結(jié)構(gòu)的類血管結(jié)構(gòu)單元，更好的模擬骨組織和人體組織中的血管結(jié)構(gòu)。
[0006]為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種表面未完全交聯(lián)的中空水凝膠纖維的制備方法，采用殼聚糖作為水凝膠纖維基體原料，以三聚磷酸鈉為交聯(lián)劑，分別配制好濃度符合噴射成形條件和進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)條件的殼聚糖溶液和三聚磷酸鈉溶液，使用同軸噴頭，在同軸噴頭出口處，外噴頭比內(nèi)噴頭長(zhǎng)，以三聚磷酸鈉為內(nèi)層相，從內(nèi)噴頭供料，以殼聚糖為外層相，從外噴頭供料噴出形成空心的殼聚糖管，使從外噴頭輸出的殼聚糖管的內(nèi)腔中均勻充滿從內(nèi)噴頭輸出的三聚磷酸鈉，使三聚磷酸鈉由內(nèi)向外進(jìn)行擴(kuò)散，并與殼聚糖管的內(nèi)腔表面的淺層殼聚糖發(fā)生離子交聯(lián)反應(yīng)，僅使殼聚糖管內(nèi)壁形成復(fù)合交聯(lián)材料層，而保持殼聚糖管的外層未發(fā)生任何交聯(lián)反應(yīng)，從而形成表面未完全交聯(lián)的殼聚糖的中空水凝膠纖維。
[0007]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，采用醫(yī)用針頭制成同軸噴頭，其中內(nèi)針頭直徑比外針頭直徑小，內(nèi)針頭長(zhǎng)度比外針頭長(zhǎng)度長(zhǎng)，在出口處外針頭比內(nèi)針頭長(zhǎng)，內(nèi)外針頭由一個(gè)三通閥連接進(jìn)行組裝，內(nèi)針頭與三通閥采用過盈配合進(jìn)行徑向固定，由三通閥上端的臺(tái)階進(jìn)行軸向固定，外針頭直接套在三通閥出口處，在同軸噴頭中，三聚磷酸鈉從內(nèi)針頭供料，殼聚糖從外針頭供料。
[0008]本發(fā)明還提供一種利用本發(fā)明表面未完全交聯(lián)的中空水凝膠纖維的制備方法構(gòu)建分支血管單元的方法，包括如下步驟:
a.采用殼聚糖作為水凝膠纖維基體原料，以三聚磷酸鈉為交聯(lián)劑，分別配制好濃度符合噴射成形條件和進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)條件的殼聚糖溶液和三聚磷酸鈉溶液，通過同軸噴頭制得表面未完全交聯(lián)的殼聚糖的中空水凝膠纖維，使中空水凝膠纖維的內(nèi)腔表面形成復(fù)合交聯(lián)材料層，并保持殼聚糖管的外層未發(fā)生任何交聯(lián)反應(yīng)；
b.將在步驟a中制備的未完全交聯(lián)的單根中空水凝膠纖維至少進(jìn)行一次人字形彎折，使人字形彎折部分重疊，使中空水凝膠纖維部分外壁表面區(qū)域由于中空水凝膠纖維外表面未參與交聯(lián)的殼聚糖而粘附在一起，保留單根中空水凝膠纖維的兩端部始終分開作為兩個(gè)分支血管結(jié)構(gòu)部分，或者僅保留單根中空水凝膠纖維的一個(gè)端部與人字形彎折重疊部分分開作為一個(gè)分支血管結(jié)構(gòu)部分并使單根中空水凝膠纖維的另一個(gè)端部空繞回彎后與人字形彎折重疊部分粘附在一起形成另外兩個(gè)分支血管結(jié)構(gòu)部分，制成至少具有2個(gè)樹杈形分支的中空纖維束，從而形成具有分支血管單元雛形的血管結(jié)構(gòu)化的中空水凝膠纖維；
c.在步驟b中制備的分支血管單元雛形形成后，將經(jīng)過彎折后制備的血管結(jié)構(gòu)化的中空水凝膠纖維放入三聚磷酸鈉溶液中，使血管結(jié)構(gòu)化的中空水凝膠纖維未發(fā)生交聯(lián)的殼聚糖表面剩余部分與三聚磷酸鈉發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成表面完全交聯(lián)的血管結(jié)構(gòu)化的中空水凝膠纖維；
d.將在步驟c中制備的完全交聯(lián)后的血管結(jié)構(gòu)化的中空水凝膠纖維的對(duì)應(yīng)的人字形彎折部分的頭部采用醫(yī)用微創(chuàng)手術(shù)刀進(jìn)行剪切去除，露出人字形中空水凝膠纖維彎折重疊部分，并露出人字形中空水凝膠纖維的并排粘附的多根中空纖維的中空通道口 ；
e.在步驟d中制備的露出的多根中空纖維中間的重疊管壁部分具有一定重疊管壁寬度，在此重疊管壁寬度范圍內(nèi)沿著任意相鄰的兩根中空纖維中間的重疊管壁部分長(zhǎng)度延伸方向采用微創(chuàng)手術(shù)刀再次進(jìn)行剪切，將重疊管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重疊管壁部分長(zhǎng)度，打通任意相鄰的兩根中空纖維中間的間隔，使中空纖維中間的重疊管壁部分的所有中空纖維的側(cè)壁互通形成分支血管結(jié)構(gòu)的主血管，使血管結(jié)構(gòu)化的中空水凝膠纖維的分叉部分的中空纖維管段作為分支血管，形成具有分支血管結(jié)構(gòu)的主血管，最終制成分支血管單元。
[0009]作為本發(fā)明構(gòu)建分支血管單元的方法的第一種優(yōu)選技術(shù)方案，在步驟b中，僅將在步驟a中制備的未完全交聯(lián)的單根中空水凝膠纖維進(jìn)行一次人字形彎折，使中空水凝膠纖維部分外壁表面區(qū)域由于中空水凝膠纖維外表面未參與交聯(lián)的殼聚糖而粘附在一起，保留單根中空水凝膠纖維的兩個(gè)端部作為多分支血管結(jié)構(gòu)的分支血管部分，制成人字形中空纖維，從而形成具有一分為二分支血管單元雛形的血管結(jié)構(gòu)化的中空水凝膠纖維；則在步驟e中，制得一分為二分支血管單元。
[0010]作為本發(fā)明構(gòu)建分支血管單元的方法的第二種優(yōu)選技術(shù)方案，在步驟b中，由單根中空水凝膠纖維完成一次人字形彎折后，使中空水凝膠纖維的一端空繞回彎后與人字形彎折的部分的重疊區(qū)域粘附在一起，使中空水凝膠纖維進(jìn)行人字形彎折部分的重疊區(qū)域形成3根中空水凝膠纖維粘附在一起的結(jié)構(gòu)，制成具有3個(gè)樹杈形分支的中空纖維束，以中空水凝膠纖維的一端空繞回彎且未發(fā)生粘附的中空水凝膠纖維管段從分叉起點(diǎn)開始作為兩個(gè)血管分支部分，并保留單根中空水凝膠纖維的另一端部作為多分支血管結(jié)構(gòu)部分的第三個(gè)血管分支部分，從而形成具有3個(gè)樹杈形分支的血管單元雛形的血管結(jié)構(gòu)化的中空水凝膠纖維；則在步驟c中，在步驟b中制備的具有3個(gè)樹杈形分支的血管單元雛形形成后，將經(jīng)過彎折后制備的具有3個(gè)樹杈形分支的中空纖維束放入三聚磷酸鈉溶液中，使具有3個(gè)樹杈形分支的中空纖維束未發(fā)生交聯(lián)的殼聚糖表面剩余部分與三聚磷酸鈉發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成表面完全交聯(lián)的具有3個(gè)樹杈形分支的中空纖維束；則在步驟d中，將在步驟c中制備的完全交聯(lián)后的人字形中空纖維的彎折部分的頭部采用醫(yī)用微創(chuàng)手術(shù)刀進(jìn)行剪切去除，并使具有3個(gè)樹杈形分支的中空纖維束的重疊部分的剪切口平齊，露出具有3個(gè)樹杈形分支的中空纖維束彎折重疊部分和增加粘附的重疊部分，并露出具有3個(gè)樹杈形分支的中空纖維束的3根并排粘附的中空纖維的中空通道口，同時(shí)還采用醫(yī)用微創(chuàng)手術(shù)刀將中空水凝膠纖維的一端進(jìn)行空繞回彎且未發(fā)生粘附的中空水凝膠纖維管段剪斷形成兩個(gè)新的分支血管端口 ；則在步驟e中，在步驟d中制備的露出任意相鄰的兩根中空纖維中間的重疊管壁部分具有一定重疊管壁寬度，在此重疊管壁寬度范圍內(nèi)沿著3根中空纖維中間的重疊管壁部分長(zhǎng)度延伸方向采用微創(chuàng)手術(shù)刀再次進(jìn)行剪切，將重疊管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重疊管壁部分長(zhǎng)度，打通3根中空纖維之間的間隔，使具有3個(gè)樹杈形分支的中空纖維束的多根中空纖維側(cè)壁互通形成分支血管結(jié)構(gòu)的主血管，使具有3個(gè)樹杈形分支的中空纖維束的分叉部分的3根根