一種細(xì)胞受控組裝人工喉軟骨支架的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種細(xì)胞受控組裝人工喉軟骨支架的方法。本發(fā)明首先從醫(yī)院獲取喉軟骨影像數(shù)據(jù)。將采集到的喉軟骨影像層片導(dǎo)入重構(gòu)軟件，得到準(zhǔn)確的喉軟骨三維數(shù)字模型。其次導(dǎo)入喉軟骨三維數(shù)字模型進(jìn)行分層，設(shè)置分層軟件參數(shù)，得到分層的二維模型。然后在無菌條件下，選取細(xì)胞受控組裝材料，將軟骨細(xì)胞與細(xì)胞受控組裝材料攪拌均勻，并裝入細(xì)胞組裝受控機(jī)中。最后將分層圖形導(dǎo)入控制軟件，使細(xì)胞組裝機(jī)開始進(jìn)行分層堆積打印出含細(xì)胞的喉軟骨支架。并將支架用交聯(lián)劑固化。本發(fā)明制取的喉軟骨支架生物相容性好、孔隙率高、取材方便且能夠直接植入患者體內(nèi)達(dá)到修復(fù)喉損傷的效果，患者能夠完成正常的發(fā)聲和吞咽的動作。
【專利說明】-種細(xì)胞受控組裝人工喉軟骨支架的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及喉損傷修復(fù)、喉再造、細(xì)胞受控組裝(生物3D打印)領(lǐng)域，尤其是一種材 料來源廣、生物相容性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的制造組織工程人工喉軟骨支架的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 喉是人類發(fā)聲部位，目前世界上有數(shù)十萬因先天性疾病、喉腫瘤外科手術(shù)和喉外 傷長期失喉的患者無法正常交流，對患者自身和家庭造成了極大也理和身體上的創(chuàng)作。目 前對喉患者的治療方法有電子人工喉、食管音和氣管音等，該些方法都存在要么利用外部 電子設(shè)備，要么利用其他部位代替喉部位發(fā)音等，例如電子人工喉存在使用不便、發(fā)音不 清、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，食管音的方法則需要定期維護(hù)更換，存在操作不便、學(xué)習(xí)發(fā)聲方法比 較復(fù)雜，而氣管音則存在修復(fù)率低、容易產(chǎn)生副作用的缺點(diǎn)。該些方法雖然能夠在一定程度 上達(dá)到使患者重新發(fā)聲的目的，但都沒有能夠做到真正意義上的修復(fù)喉頭。因此，如何尋找 一種能夠真正即能使患者重新聲，又能不影響患者生活的方法意義重大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為改進(jìn)W上喉損傷修復(fù)方法的缺陷，達(dá)到在生理上修復(fù)喉損傷、恢復(fù)后功能的目 的，本發(fā)明從細(xì)胞受控組裝(生物3D打印)技術(shù)著手，提供一種具有良好生物相容性、細(xì)胞直 接受控組裝的組織工程喉軟骨支架的打印方法。
[0004] 本方法的具體是： 步驟1.從醫(yī)院獲取喉軟骨的CT、MRI影像數(shù)據(jù)。
[0005] 步驟2.將采集到的喉軟骨影像層片導(dǎo)入Mimics重構(gòu)軟件，得到準(zhǔn)確的喉軟骨H 維數(shù)字模型。
[0006] 步驟3.導(dǎo)入喉軟骨H維數(shù)字模型進(jìn)行分層，設(shè)置分層軟件Aurora參數(shù)，得到分層 的二維模型。
[0007] 步驟4.在無菌條件下，選取生物相容性好且取材廣泛的細(xì)胞受控組裝材料，將事 先制備好的軟骨細(xì)胞與細(xì)胞受控組裝材料攬拌均勻，并裝入細(xì)胞組裝受控機(jī)中。
[0008] 步驟5.將分層圖形導(dǎo)入控制軟件，使細(xì)胞組裝機(jī)開始進(jìn)行分層堆積打印出含細(xì) 胞的喉軟骨支架。
[0009] 步驟6.打印好支架后用交聯(lián)劑將支架固化，再將交聯(lián)劑沖洗干凈后得到一個多 孔隙、生物相容性好且具有細(xì)胞活性的喉軟骨支架。
[0010] 本發(fā)明的有益效果在于；制取的喉軟骨支架生物相容性好、孔隙率高、取材方便且 能夠直接植入患者體內(nèi)達(dá)到修復(fù)喉損傷的效果，患者能夠完成正常的發(fā)聲和吞咽的動作。
[0011] 同時由于在H維模型建造時可W對喉各部位進(jìn)行分開處理，故本發(fā)明還能根據(jù)患 者喉損傷的部位不同進(jìn)行不同模型建立，從而可W達(dá)到根據(jù)患者實(shí)際情況都能夠完成修復(fù) 的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] W下結(jié)合圖1對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014] 1)從醫(yī)院獲得喉的CT、MRI影像圖片。
[0015] 2)將獲取到的圖像導(dǎo)入Mimics重構(gòu)軟件，經(jīng)過處理得到喉關(guān)節(jié)軟骨H維數(shù)字模 型，可選擇導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行有限元分析，并對軟骨H維數(shù)字模型進(jìn)行局部修正設(shè)計(jì)。
[0016] 3)通過分層軟件Aurora對喉軟骨3D模型進(jìn)行逐層分離，得到細(xì)胞受控組裝機(jī)能 夠打印的喉軟骨2D層片模型。
[0017] 4)選取能夠制取生物相容性好、孔隙率高、力學(xué)性能合適支架的生物材料，同時選 取具有良好增殖能力、對生物材料無免疫原性或免疫原性比較低的合適的軟骨細(xì)胞或能夠 發(fā)展成軟骨細(xì)胞的細(xì)胞。
[0018] 5)在無菌條件下將選取好的生物材料與細(xì)胞按合適比較混合，并加入一定量的生 長因子促進(jìn)細(xì)胞增殖，保證制取的細(xì)胞支架能夠長期培養(yǎng)，細(xì)胞能夠正常增殖。
[0019] 6)將混合的細(xì)胞材料裝入事先滅菌的細(xì)胞受控組裝機(jī)中，并導(dǎo)入分層的喉軟骨H 維模型至細(xì)胞受控組裝（生物3D打?。C(jī)控制軟件Cark中，此時細(xì)胞組受控裝機(jī)將按喉軟 骨H維模型圖一層一層打印出所需要的支架，得到一個有較高孔隙率的生物支架。
[0020] 7)最后用交聯(lián)劑固化已打印好的支架，使其能夠長期保持形狀，至此得到一個完 整的H維喉軟骨細(xì)胞支架模型。
[0021] 目前能夠適應(yīng)軟骨細(xì)胞生長的3D打印生物材料主要有水凝膠類，如聚甲基丙帰 酸輕己醋（Poly HEMA)、聚己帰醇、陽0、聚己二醇（陽G)等，W及一些復(fù)合材料，如明膠與海 藻酸軸混合材料、殼聚糖與膠原等。該些材料都具有良好生物相容性，且可降解，能夠?yàn)檐?骨細(xì)胞提供類似細(xì)胞外質(zhì)基類的生存環(huán)境，是理想的生物材料。
[0022] 目前細(xì)胞或能夠發(fā)展成為軟骨細(xì)胞的細(xì)胞主要的有常用的軟骨細(xì)胞、胚胎干細(xì) 胞、骨髓間質(zhì)干細(xì)胞。而生長因子則主要有BMP-UBMP-2、轉(zhuǎn)化生長因子-目、成纖維細(xì)胞生 長因子等。當(dāng)然細(xì)胞支架培養(yǎng)過程中除了受生長因子影響外，還受到應(yīng)力、微重力等力學(xué)環(huán) 境影響，所W該方面也要注重。
[0023] W下給出一個具體實(shí)施例： 1.對于患喉癌準(zhǔn)備切除整喉的患者，在對患者喉軟骨進(jìn)行CT或MRI提取數(shù)據(jù)后，通過 與健康個體提取的數(shù)據(jù)對比后得到該患者健康時的喉部數(shù)據(jù)。
[0024] 2.將得到的喉軟骨影像圖像采用Mimics重構(gòu)，再進(jìn)行有限元分析并輔助設(shè)計(jì)得 到精確的喉關(guān)節(jié)軟骨數(shù)字3D模型。
[00巧]3.通過Auraro分層軟件對模型分層處理，得到分層的喉3D數(shù)字模型，分層層厚 為0. 2,再導(dǎo)入控制軟件Cark中，控制軟件進(jìn)行打印的參數(shù)為掃描速度8mm/s，掃描加速度 為3mm/ 6-3，噴頭速度0. 2mm/s，噴頭加速度8mm/ S2。
[0026] 4.將事先選取的生物材料和軟骨細(xì)胞裝入細(xì)胞受控組裝機(jī)中，然后細(xì)胞組裝機(jī)根 據(jù)導(dǎo)入3D模型開始一層一層打印，得到合適的喉關(guān)節(jié)3D支架。再加入交聯(lián)劑固化成型，放 入體外培養(yǎng)。
[0027] 5.將得到的喉關(guān)節(jié)細(xì)胞支架在體外培養(yǎng)一段時間后，植入患者體內(nèi)即可。
[0028] 本實(shí)施例制取出來的喉關(guān)節(jié)支架，不僅具有很好的生物相容性，且孔隙率高，適合 軟骨細(xì)胞生長增殖，材料選擇廣泛，制作過程簡單便捷，非常適合普及。且區(qū)別于其它生物 制造的方法，本方法能夠?qū)⒓?xì)胞與支架共同打印，更好地使細(xì)胞存活，完全能夠模擬軟骨細(xì) 胞在喉軟骨中的環(huán)境，是一種比較貼近實(shí)際的方法。
【權(quán)利要求】
1. 一種細(xì)胞受控組裝人工喉軟骨支架的方法，其特征在于該方法包括以下步驟： 步驟1.從醫(yī)院獲取喉軟骨的CT、MRI影像數(shù)據(jù)； 步驟2.將采集到的喉軟骨影像層片導(dǎo)入Mimics重構(gòu)軟件，得到準(zhǔn)確的喉軟骨三維數(shù) 字模型； 步驟3.導(dǎo)入喉軟骨三維數(shù)字模型進(jìn)行分層，設(shè)置分層軟件Aurora參數(shù)，得到分層的二 維模型； 步驟4.在無菌條件下，選取生物相容性好且取材廣泛的細(xì)胞受控組裝材料，將事先制 備好的軟骨細(xì)胞與細(xì)胞受控組裝材料攪拌均勻，并裝入細(xì)胞組裝受控機(jī)中； 步驟5.將分層圖形導(dǎo)入控制軟件，使細(xì)胞組裝機(jī)開始進(jìn)行分層堆積打印出含細(xì)胞的 喉軟骨支架； 步驟6.打印好支架后用交聯(lián)劑將支架固化，再將交聯(lián)劑沖洗干凈后得到一個多孔隙、 生物相容性好且具有細(xì)胞活性的喉軟骨支架。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)胞受控組裝人工喉軟骨支架的方法，其特征在于：步 驟2中選擇導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行有限元分析，并對軟骨三維數(shù)字模型進(jìn)行局部修正設(shè)計(jì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)胞受控組裝人工喉軟骨支架的方法，其特征在于：步 驟4中軟骨細(xì)胞與細(xì)胞受控組裝材料攪拌過程中加入生長因子促進(jìn)細(xì)胞增殖。
【文檔編號】A61F2/20GK104398320SQ201410670158
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】史廷春, 謝晉 申請人:杭州電子科技大學(xué)