[发明专利]基于组织工程方法构建新型高效生物催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种“基于组织工程方法构建新型高效生物催化剂”的新技术。

背景技术

组织工程的概念早在1933年由Biscgelie首次提出，但在60年后的1993年才由Langer andVacanti在《science》杂志上发表论文给予明确定义：组织工程是多学科交叉的研究领域，它应用生命科学和工程学原理开发恢复，保持或改善组织功能的生物替代品。自此，组织工程才成功地扩展开来，并激励着科学家和临床医师。它是以解决哺乳动物组织资源短缺、成本高，以及移植手术可能出现并发症而提出的一项新技术。15年来，组织工程已发展成一门新兴学科，其研究涵盖人体各个组织和器官。它的核心就是体外构建细胞-支架3D(three-dimensional)空间复合体结构的组织工程细胞。如：组织工程软骨、组织工程皮肤、组织工程干细胞等各种生物替代品用于临床前植入或修复研究，并最终用于临床修复，更换或再生细胞，组织或器官，恢复受损功能。

组织工程必需具备三个主要条件：支架材料；种子细胞；细胞增殖的体外培养条件。

天然材料如丝素蛋白、胶原、海藻酸、壳聚糖，有机聚合物或共聚物以及无机材料等已广泛用于支架材料，并与各种组织或细胞，如：骨或骨髓基质干细胞，内皮细胞，共培养的成熟内皮细胞和初级成骨细胞等，经3D培养后分别形成相应的组织工程细胞用于临床前实验研究。

PVA能形成良好的凝胶，常用于细胞包埋固定化。其应用中常用的有PVA冷冻法，PVA化学交联法，PVA辐射交联法，国内外在这些方面有大量报道。PVA化学交联法和PVA辐射交联法或是容易开联，或是对细胞有毒性而在实际应用时受到一定限制。本发明是PVA应用的物理方法，即PVA冷冻法，凝胶成型利用PVA在0℃～-40℃冷冻适当的时间PVA链间的氢键和微晶区形成三维网络，从而形成物理交联的PVA水凝胶，且该凝胶具有一定的力学强度，常温下在水中只会溶胀而不会溶解。

海藻酸钠固定化细胞因其操作简便、细胞毒性较小等优点而广泛应用。但其缺点是海藻酸钙在磷酸缓冲液及中不稳定，脱钙使得结构松散而坍塌。本发明正是利用海藻酸钙凝胶对磷酸盐溶液或其它钙离子络合剂化学侵蚀的敏感性，通过化学侵蚀将已固定化后含海藻酸钙凝胶中的海藻酸盐部分溶解，从而在原来的凝胶中形成空穴，达到致孔的目的，以提高催化剂进行生物催化反应时原料和产物的传输效率。

目前，国内外仍用传统包埋法固定化细胞。其形状常为透镜状(传质较好，但细胞载量低)及球状(粒径较大，传质较差，细胞载量较低)。本发明最后成型的细胞组织工程凝胶包衣片为药片状。包衣前的组织工程细胞采用组织工程方法制备，其技术成熟，操作简便，易得，细胞载量高达80％以上，且内部有大量通道供底物和产物进出，从而保证了优异的传质性能，解决了传统固定化细胞中存在的细胞载量小或传质障碍等技术难题。

用CTAB等透性化剂对微生物细胞进行透性化处理是提高细胞用于生物催化反应时细胞催化能力的有效方法。本发明先用PVA复合凝胶包衣细胞组织工程片，随即用磷酸盐溶液等进行化学侵蚀使凝胶包衣层中部分海藻酸钙胶溶解，从而形成微通道以促进小分子原料和产物在凝胶外衣层中的传输；再对其进行透性化处理提高胞内酶活性；而常见的固定化细胞是没有进行过透性化处理的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种把组织工程和化学技术相结合，对体外构建的细胞-支架3D空间复合体结构的组织工程细胞进行包衣、打孔和透性化，制备透性化细胞组织工程包衣片这种新型高效生物催化剂的方法。