一種乳房植入體三維結構及其快速成形方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物體復雜器官的人工制造技術領域，涉及利用細胞、合成高分子材料、細胞基質材料和3D打印技術和工藝方法，不同于以往組織工程工藝。
【背景技術】
[0002]女性乳房具有泌乳哺育和美學雙重功能，由于先天性發(fā)育不良、腫瘤切除、外傷等原因引起的女性小乳癥、乳房缺失等均會給患者身心造成嚴重影響。據(jù)美國矯形外科醫(yī)師協(xié)會報道，2004年全世界有超過500萬人實行了乳房重建手術，其中有400萬是由于腫瘤切除[2004American Society of Plastic Surgeons Statistics.Available from:www.plasticsurgery.0rg]。乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，發(fā)病率為10-15%，并逐年上升和年輕化[Chow LWC,Loo WTY.The differential effects of cyclophosphamide,epirubicinand 5-fluorouraci1 on apoptotic marker(CPP-32),pro-apoptoticprotein(p21waf-l)and ant1-apoptotic protein(be 1-2) in breast cancercells.Breast Cancer Res Treat 2003; 80(3): 239-244]。據(jù)一份資料顯不全世界每年新增病例100多萬，有40多萬人死于該疾病。但現(xiàn)有的乳房填充材料均存在生物相容性差、結構穩(wěn)定性差等這樣那樣的缺點[Handel N, Silverstein MJ,Gamagami P, et al.An invivo study of the effect of var1us breast implant filler materials onmammography.Plast Reconstr Surg 1993;91(6):1057]。
[0003]目前乳房填充材料主要包括醫(yī)用材料、自體移植物及組織工程產(chǎn)品三大類。醫(yī)用材料又包括硅膠、聚丙烯酰胺凝膠、三酰甘油(甘油三酯)、透明質酸等植入型假體和液體石蠟、凡士林等注射用混合物。這些材料易出現(xiàn)假體破裂或滲漏、炎癥反應、肉芽腫、包膜攣縮、假體移位、感染、蒙道爾病等并發(fā)癥[方彰林，孫瑛，奚廷斐，汪立川，高紅云.六種隆乳材料生物相容性和安全性的比較。中華醫(yī)學美學美容雜志2002;8(2):69-73]，對女性健康甚至母乳喂養(yǎng)兒女有直接影響，其安全性受到很大的質疑。以硅膠假體為例，1992年美國食品與藥物管理局(FDA)曾禁止了所有娃膠假體的使用[Niechajev I, Sevcuk 0.Long-termresults of fat transplantat1n:clinical and histologic studies.Plast ReconstrSurgl994；94:496-506]o
[0004]自體移植的脂肪顆粒不能很好地建立起血液供應系統(tǒng)，當大量脂肪堆集在一起，會因供血不足導致脂肪細胞壞死、溶解、吸收，極易引發(fā)感染、血腫、變形、疼痛、硬結、囊腫、壞死等后遺癥[Vall6e M,Cote J-F,Frandette J.Adipose-tissue engineering:takingadvantage of the properties of human adipose-derived stem/stromalcells.Pathol B1l2009；57:309-317]。目前普遍認為有40%?60%的脂肪顆粒被吸收、纖維化或鈣化，效果不持久，常需要多次注射維持形狀。組織工程產(chǎn)品所面臨的問題是細胞/支架材料三維結構的迅速血管化及長期穩(wěn)定性。隨著快速成形技術在組織工程方面的應用，以活細胞為材料的生物制造技術應運而生并顯示出其蓬勃的發(fā)展勢頭[Wang X.H，YanYN,Zhang RJ.Rapid prototyping as a tool for manufacturing b1artificiallivers.Trends in B1 techno logy 2007 ； 25( 11): 505-513]。本發(fā)明在前人工作的基礎上，通過不斷地實踐，摸索出一套新的人工乳房植入體的制造方法，使復雜器管，如心臟、肝臟、腎臟、乳房的制造大大向前邁進了一步。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種乳房植入體三維結構及其快速成形方法，使其具備神經(jīng)纖維束、血管、和乳腺系統(tǒng)，以更好地模擬人體乳房中的組織器官。
[0006]本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]一種乳房植入體三維結構，其特征在于:所述乳房植入體三維結構包括神經(jīng)纖維束、血管和乳腺系統(tǒng)；
[0008]所述神經(jīng)纖維束、血管和乳腺系統(tǒng)設置在人體前胸乳房部位人體皮膚內；所述神經(jīng)纖維束由合成高分子溶液包裹神經(jīng)纖維束組成;所述血管由內皮層和外皮層組成，內皮層和外皮層均由高分子溶液打印培養(yǎng)而成;所述內皮層采用天然高分子溶液，天然高分子溶液中含有人體內皮細胞，或含有內皮細胞生長因子和干細胞的混合物;外皮層采用合成高分子溶液;神經(jīng)纖維束與血管直接與人體中的血管和神經(jīng)纖維束相連接；
[0009]所述乳腺系統(tǒng)包括脂肪組織、乳頭和乳腺管，由合成高分子或天然高分子溶液、月旨肪細胞生長因子與人體干細胞共混打印后轉化而成，能與人體組織直接縫合。
[0010]本發(fā)明所述的乳房植入體外形輪廓呈人體乳房形狀或乳房中腫瘤切除塊狀。
[0011]上述技術方案中，所述的合成高分子溶液為質量體積百分比為0.1-30%的聚酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己內酯、聚碳酸酯、聚乙二醇、聚四氟乙烯、聚酯和乳酸-羥基乙酸共聚物中的至少一種。所述的天然高分子溶液采用質量百分濃度為0.1?20%的海藻酸鈉、活性肽、膠原、肝素、硫酸軟骨素、透明質酸、粘多糖、糖蛋白、基質膠、右旋糖、殼聚糖、明膠和纖維蛋白原溶液中的至少一種。所述干細胞為脂肪干細胞、骨髓干細胞、血液干細胞、胚胎干細胞和誘導多能干細胞中的至少一種;所述神經(jīng)纖維束含有神經(jīng)細胞，或含有干細胞與神經(jīng)細胞生長因子的混合物。
[0012]本發(fā)明提供的一種乳房植入體三維結構快速成形方法，其特征在于:該方法包括如下步驟:
[0013]1)材料制備
[0014]分別制備質量體積百分濃度為0.1?20%天然高分子溶液、質量體積百分濃度為1?10 %交聯(lián)劑、質量體積百分濃度為0.1?10 %合成高分子溶液、質量體積百分濃度為
0.001?0.1 %生長因子溶液;從病人身上分離出干細胞或內皮細胞、神經(jīng)細胞、干細胞;將病人身上分離出的干細胞一部分誘導成內皮細胞或神經(jīng)細胞;將剩余的部分干細胞、內皮細胞和神經(jīng)細胞分別與天然高分子溶液按1?9:9?1體積比混合制成細胞懸液，其中內皮細胞和神經(jīng)細胞懸液中內皮細胞和神經(jīng)細胞密度為1 X ?ο5?1 X 104個/mL，干細胞懸液細胞密度為1 X 103?1 X 106個/mL，并加入體積百分比1?10 %的生長因子溶液；
[0015]2)建模
[0016]采用計算機三維建模方法用三維繪圖軟件設計乳房植入體內部與外形結構，包括由不同材料組成的不同走向的神經(jīng)纖維束、血管、乳腺系統(tǒng)的結構以及整體外部輪廓結構，形成乳房植入體的三維結構模型；
[0017]3)成形
[0018]將合成高分子溶液、細胞培養(yǎng)液、交聯(lián)劑、干細胞懸液、內皮細胞懸液與神經(jīng)細胞懸液分別裝入復合多噴頭3D打印設備的料桶中，將待成形乳房植入體模型導入控制系統(tǒng)后，啟動成形設備，根據(jù)步驟2)三維結構模型將不同材料按預先設定的區(qū)域從不同方向層層堆積成形;在神經(jīng)纖維束、血管、乳腺系統(tǒng)成形過程中，當細胞懸溶液成形后，天然高分子交聯(lián)劑噴灑，使三維結構加固穩(wěn)定，在合成高分子溶液成形過程中，通過細胞培養(yǎng)液噴灑，去除有機溶劑；
[0019]4)體外培養(yǎng)
[0020]將制備好的人工乳房植入體浸泡在培養(yǎng)液中，放入常溫培養(yǎng)箱中靜態(tài)或脈動培養(yǎng)，并定期更換培養(yǎng)液，獲得所述的乳房植入體。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，有以下有益效果:①本發(fā)明的乳房植入體三維結構，具有神經(jīng)纖維束、血管和乳腺系統(tǒng)，比以往任何人工器官都復雜，更接近人體乳房的真實形貌，能完成乳房植入體的各種生理功能。②本發(fā)明采用的復合多噴頭3D打印技術保證了非均質異向材料從不同角度、不同方向快速成形，擴大了細胞、天然高分子溶液、合成高分子溶液的應用范圍；③在天然高分子溶液上噴灑交聯(lián)劑能有效穩(wěn)定三維結構，在合成高分子溶液上噴灑細胞培養(yǎng)液能減小有機溶劑對細胞的損傷;④將合成高分子溶液復合到含細胞的天然高分子溶液外圍，增強了血管、神經(jīng)和乳腺系統(tǒng)的抗縫合強度，使其可直接與體內相應系統(tǒng)相連接，增強植入細胞的存活力；
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明提供的具有神經(jīng)纖維束、血管和乳腺系統(tǒng)的乳房植入體三維結構示意圖。
[0023]圖1中:101-皮膚；102-脂肪組織；103-神經(jīng)纖維束；104-血管；105-乳頭；106-乳腺管。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
[0025]圖1為本發(fā)明提供的乳房植入體三維結構示意圖，所述乳房植入體包括神經(jīng)纖維束103、血管104和乳腺系統(tǒng);所述神經(jīng)纖維束、血管和乳腺系統(tǒng)設置在人體前胸乳房部位的皮膚101內；所述神經(jīng)纖維束由合成高分子溶液包裹神經(jīng)纖維束組成;所述血管由內皮層和外皮層組成，內皮層和外皮層均由高分子溶液打印培養(yǎng)而成;所述內皮層采用天然高分子溶液，天然高分子溶液中含有人體內皮細胞，或含干細胞與內皮細胞生長因子的混合物;夕卜皮層采用合成高分子溶液;神經(jīng)纖維束與血管直接與人體中血管和神經(jīng)纖維束相連接。
[0026]所述乳腺系統(tǒng)包括脂肪組織102、乳頭105和乳腺管106，由合成高分子或天然高分子溶液、脂肪細胞生長因子與人體干細胞共混打印后轉化而成，能與人體組織直接縫合。
[0027]本發(fā)明所述的乳房植入體外形輪廓呈人體乳房形狀或腫瘤切除塊狀。合成高分子溶液為質量體積百分比為0.1-30%的聚酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己內酯、聚碳酸酯、聚乙二醇、聚四氟乙烯、聚酯和乳酸-羥基乙酸共聚物中的至少一種。所述的天然高分子溶液采用質量百分濃度為0.1?20%的海藻酸鈉、活性肽、膠原、肝素、硫酸軟骨素、透明質酸、粘多糖、糖蛋白、基質膠、右旋糖、殼聚糖、明膠和纖維蛋白原溶液中的至少一種。所述人體干細胞為脂肪干細胞、骨髓干細胞、血液干細胞、胚胎干細胞和誘導多能干細胞中的至少一種;所述神經(jīng)纖維束含有神經(jīng)細胞，或含有干細胞與神經(jīng)細胞生長因子的混合物。
[0028]本發(fā)明提供的乳房植入體三維結構的快速成形方法，其特征在于該方法包括如下步驟:
[0029]1)材料制備
[0030]分別制備質量體積百分濃度為0.1?20%天然高分子溶液、質量體積百分濃度為1?10 %交聯(lián)劑、質量體積百分濃度為0.1?10 %合成高分子溶液、質量體積百分濃度