一種絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用材料，特別涉及一種應(yīng)用于血管組織工程及血管修復(fù)與再生的絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]血管疾病嚴(yán)重危害人類身體健康，全球每年大約有近百萬人需要各種外科手術(shù)，大多數(shù)需要合適的血管移植物。因此研制出合適的人工移植血管的需求顯得越來越迫切。目前血管仍多采用自體血管移植，然而因來源有限受到很大限制。盡管同種和異種移植血管能提供長(zhǎng)期通透性，其用于臨床仍受潛在的免疫排斥反應(yīng)和有效性等因素限制。合成材料移植物，如編織聚乙烯-對(duì)苯二酸酯和聚四氟乙烯已廣泛用于外周血管重建，然而仍存在免疫排斥、材料不降解等問題。組織工程技術(shù)的發(fā)展作為一種新方法彌補(bǔ)了現(xiàn)有療法的弊端，血管組織工程試圖在合適的培養(yǎng)條件下通過將細(xì)胞與人工支架材料結(jié)合構(gòu)建適合的血管移植物，并將該管狀支架植入體內(nèi)，血管支架與活細(xì)胞結(jié)合使移植物在體內(nèi)重建。蠶絲蛋白作為一種天然的高分子材料，在我國(guó)產(chǎn)量豐富，蠶絲的主要成分是絲素蛋白，蠶絲經(jīng)過脫膠、溶解、提純制得的再生絲素蛋白具有良好的生物降解性和生物相容性，并且無毒、無刺激，易于加工成各種形態(tài)，如膜、管、凝膠、三維海綿支架等。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外制備絲蛋白三維支架材料的方法主要有冷凍干燥法、氣體發(fā)泡法、自組裝、靜電紡絲、溶膠凝膠等方法，Li Mingzhong等采用冷凍干燥法制得絲素多孔膜，并通過控制冷凍條件和方法來改變支架形態(tài)特征及性能；Yin Guibo等采用靜電紡絲法將絲蛋白與明膠進(jìn)行共混制備絲蛋白基納米纖維膜，并在該膜上培養(yǎng)細(xì)胞；Cho等運(yùn)用絲膠蛋白和活化聚乙二醇反應(yīng)獲得自組裝絲膠蛋白納米顆粒，并對(duì)該自主裝顆粒的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行研究。上述方法雖能在一定程度上制備出三維納米結(jié)構(gòu)支架材料，但存在效率較低、結(jié)構(gòu)(性能)不可控、工序繁瑣、費(fèi)用高昂等缺點(diǎn)。Limem Skander等采用傳統(tǒng)噴墨打印技術(shù)將絲素水溶液打印在聚乙烯塑料基底上，然后將人體骨髓干細(xì)胞種植在絲素線上，在BMP-2存在的條件下培養(yǎng)，一周后細(xì)胞開始生長(zhǎng)粘附在絲素線上。但所得支架的孔尺寸偏小，力學(xué)性能和成型精度有待提高，該支架結(jié)構(gòu)和性能上的缺陷和不完整嚴(yán)重影響了其應(yīng)用，且該方法效率較低、費(fèi)用較高等因素也進(jìn)一步限制其推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架及其制備方法，解決結(jié)構(gòu)(性能)不可控、工序繁瑣、效率較低、費(fèi)用高昂等問題。
[0005]本發(fā)明提供一種絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架，所述絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架由絲蛋白凝膠和人體血管內(nèi)皮細(xì)胞復(fù)合而成，所述絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架的長(zhǎng)度為5cm_20cm、口徑為0.5cm_2cm，所述絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架的血管壁厚度為0.3mm-5mm,所述絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架的分辨率為0.5 μ m-2 μ m、孔隙率為30% -60%、爆破強(qiáng)度為500mmHg-2000mmHg、縫合強(qiáng)度為5N-30N、斷裂強(qiáng)度為8MPa_26MPa、斷裂伸長(zhǎng)率為40% -80% ο
[0006]本發(fā)明還提供一種絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架的制備方法，其包括:
[0007](1)獲取人體血管圖像及數(shù)據(jù)；
[0008](2)建立高仿真的3D血管模型；
[0009](3)制備絲蛋白凝膠；
[0010](4)將人體血管內(nèi)皮細(xì)胞與制備好的絲蛋白凝膠混合，并進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，形成絲蛋白凝膠細(xì)胞共混體系；
[0011](5)將所述絲蛋白凝膠細(xì)胞共混體系輸送至三維生物打印機(jī)中，并在所述三維生物打印機(jī)中加入固化劑，按照所述高仿真的3D血管模型打印絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架。
[0012]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(3)中，所述絲蛋白凝膠在制備中經(jīng)電場(chǎng)處理，所述電場(chǎng)強(qiáng)度為15kV-30kV，處理時(shí)間為3min-10min。
[0013]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(4)中，所述人體血管內(nèi)皮細(xì)胞為人體動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞、靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和微血管內(nèi)皮細(xì)胞中的一種或多種。
[0014]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(4)中，所述絲蛋白凝膠與人體血管內(nèi)皮細(xì)胞共混質(zhì)量比的比例為95:10-70:30.。
[0015]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(4)中，所述細(xì)胞培養(yǎng)的培養(yǎng)時(shí)間為12h_72h。
[0016]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(5)中，所述固化劑為紫外光固化劑。
[0017]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(5)中，所述固化劑占固化劑和絲蛋白凝膠細(xì)胞共混體系總質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5% -1.5%。
[0018]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(5)中，所述三維生物打印機(jī)的打印條件為在紫外燈照射環(huán)境下進(jìn)行打印，所述紫外燈照射的功率為30W-100W，照射時(shí)間為lh-5h。
[0019]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(5)中，所述三維生物打印機(jī)的噴頭為1-3個(gè)。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明采用簡(jiǎn)單、快捷的三維生物打印技術(shù)按照高仿真3D血管模型打印絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架，因而所制備的血管支架具有與天然人體血管在宏微觀結(jié)構(gòu)上高度相似，支架材料的宏微觀結(jié)構(gòu)與尺寸達(dá)到可控性，且制備的血管支架具有高分辨率的特點(diǎn)。而采用絲蛋白與細(xì)胞復(fù)合，又可使血管支架具有優(yōu)異的組織形容性和血液相容性。因此，該三維生物打印制備絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架可作為優(yōu)異的血管替代物。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中，
[0022]圖1為本發(fā)明所述的一種絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架的制備方法在實(shí)施例1中單噴頭三維生物打印的結(jié)構(gòu)示意圖；和
[0023]圖2為本發(fā)明所述的一種絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架的制備方法在實(shí)施例2中雙噴頭三維生物打印的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明所述的絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架，所述絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架由絲蛋白凝膠和人體血管內(nèi)皮細(xì)胞復(fù)合而成，所述絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架的長(zhǎng)度為5cm_20cm、口徑為0.5cm_2cm，所述絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架的血管壁厚度為0.3mm-5mm,所述絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架的分辨率為0.5 μ m-2 μ m、孔隙率為30% -60%、爆破強(qiáng)度為500mmHg-2000mmHg、縫合強(qiáng)度為5N-30N、斷裂強(qiáng)度為8MPa_26MPa、斷裂伸長(zhǎng)率為40% -80% ο
[0025]本發(fā)明所述的上述絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架的制備方法，包括步驟:
[0026]步驟一:獲取人體血管圖像及數(shù)據(jù)。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，上述步驟一具體執(zhí)行為:采用核磁共振成像(MRI)和計(jì)算機(jī)X射線斷層術(shù)(CT)獲取人體血管圖像及數(shù)據(jù)。
[0028]步驟二:建立高仿真的3D血管模型。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，上述步驟二具體執(zhí)行為:將MRI和CT獲取的圖像及數(shù)據(jù)輸入交互式醫(yī)學(xué)影響處理軟件(MHOCS)建立高仿真的3D血管模型。
[0030]步驟三:制備絲蛋白凝膠。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，上述步驟三具體執(zhí)行為:將絲蛋白溶液置于電場(chǎng)強(qiáng)度為15kV-30kV的電場(chǎng)中處理，處理時(shí)間為3min_10min，獲得所述絲蛋白凝膠。
[0032]步驟四:將人體血管內(nèi)皮細(xì)胞與制備好的絲蛋白凝膠混合，并進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，形成絲蛋白凝膠細(xì)胞共混體系。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，上述步驟四具體執(zhí)行為:將人體血管內(nèi)皮細(xì)胞與制備好的絲蛋白凝膠混合，所述絲蛋白凝膠與人體血管內(nèi)皮細(xì)胞共混質(zhì)量比的比例為95:10-70:30，并進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，所述細(xì)胞培養(yǎng)的培養(yǎng)時(shí)間為12h-72h，形成絲蛋白凝膠細(xì)胞共混體系，其中，所述人體血管內(nèi)皮細(xì)胞為人體動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞、靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和微血管內(nèi)皮細(xì)胞中的一種或多種。
[0034]步驟五:將所述絲蛋白凝膠細(xì)胞共混體系輸送至三維生物打印機(jī)中，并在所述三維生物打印機(jī)中加入固化劑，按照所述高仿真的3D血管模型打印絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，上述步驟五具體執(zhí)行為:將所述絲蛋白凝膠細(xì)胞共混體系輸送至噴頭為1 一 3個(gè)的三維生物打印機(jī)中，并在所述三維生物打印機(jī)中加入紫外光固化劑，所述紫外光固化劑占紫外光固化劑和絲蛋白凝膠細(xì)胞共混體系總質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5% -1.5%，按照所述高仿真的3D血管模型在功率為30W-100W，照射時(shí)間為lh_5h的紫外燈照射環(huán)境下進(jìn)行打印絲蛋白細(xì)胞復(fù)合血管支架。
[0036]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。但是本發(fā)明不限于所列出的實(shí)施例，還應(yīng)包括在本發(fā)明所要求的權(quán)利范圍內(nèi)其他任何公知的改變。
[0037]首先，此處所稱的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非均指同一個(gè)實(shí)施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例。
[0038]其次，本發(fā)明利用結(jié)構(gòu)示意圖等進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本