[发明专利]一种基于蔗糖纤维模板的载细胞微通道水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域，具体涉及一种基于蔗糖纤维模板的载细胞微通道水凝胶的制备方法。

背景技术

随着人类寿命的增长，临床中对供体器官的需求也在不断增长。目前，供体器官的严重不足使得许多病人因为不能获得可替代的器官而死亡。器官缺乏已经成为生物医学领域亟待解决的突出问题，而组织工程概念的提出和发展为这一问题提供了一种最有潜力的解决方案。

在组织工程的长足发展过程中，水凝胶得到了越来越多的重视，也是近些年来组织工程中应用最为广泛的一种生物材料。在组织工程中，常采用水凝胶作为细胞外基质的模拟物，载有细胞的水凝胶的复合体系可用于药理和病理模型，也可在体外培养构建成可供临床移植的组织或器官。不同种类的水凝胶，包括天然和合成水凝胶，已经被用来构建组织工程化支架或者直接包裹细胞后构建一些较为简单的组织结构如皮肤、膀胱和软骨等。但是，在构建具有高细胞浓度、细胞代谢活动旺盛的组织/器官如心脏、肝脏、肾脏时，从表面扩散到组织内的营养物会很快被细胞耗尽，单纯依靠营养物从表面扩散很难保证水凝胶内部的细胞获得充足的营养物以及排出代谢产物。营养物的缺乏和代谢产物的积累均会影响细胞的正常代谢活动以及组织工程化组织的生理功能，如何加强营养物供应已成为组织工程中亟待解决的问题之一。

近些年的研究表明，通过在水凝胶中引入微通道网络，可以有效的提高水凝胶中营养物的输送能力和调控细胞的化学微环境，模拟人体血管的结构和功能。目前，一些生物微制造技术，如模板法、生物打印技术、基于光图形化的方法和模块组装法等，已经被用来在不同的载细胞水凝胶中构造微通道，通过在微通道中种内皮细胞可以形成内皮化通道。但是，受水凝胶力学性能及细胞生长的影响，载细胞水凝胶中的微通道在结构上通常并不稳定，存在微通道容易堵塞、裂开或坍塌，内皮细胞容易脱落；另外，粘附在微通道表面的内皮细胞和微通道中的大分子异物有可能侵入水凝胶内部，影响细胞的正常生长和功能表达。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于蔗糖纤维模板的载细胞微通道水凝胶的制备方法，通过该方法制备的载细胞微通道水凝胶中微通道结构稳定，内皮细胞不容易脱落，在水凝胶交联过程中能够包裹细胞，微通道形成后注入内皮细胞培养液能够形成内皮化的微通道。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

方案1

一种基于蔗糖纤维模板的载细胞微通道水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

第一步，制备蔗糖纤维，作为构建微通道的模板，将蔗糖晶体加热至焦化温度以上使之完全熔化，冷却至150～180℃后，用外径2mm的不锈钢圆管往上牵引蔗糖熔体，控制牵引的速度为0.1～1.0m/s，使蔗糖纤维的直径在10μm～1mm，制备好的蔗糖纤维储存于干燥罐中；

第二步，在蔗糖纤维表面涂覆一层厚度为20～100μm的聚合物溶液，蘸涂的聚合物溶液中聚合物浓度为2～10wt％，聚合物为质量比为1～4∶1的聚左乳酸(PLLA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷或1，4-二氧六环，室温下待纤维表面聚合物层的溶剂完全挥发后，置于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)模具中间；

第三步，制备水凝胶溶胶，将光引发剂、水凝胶单体和水凝胶溶剂按质量比0～1∶3～30∶100混合均匀配置成水凝胶溶胶，光引发剂为2-羟基-2-甲基苯丙酮或艳固佳2959，水凝胶单体为琼脂糖、胶原、透明质酸、壳聚糖、海藻酸纳、聚乙烯醇或聚乙二醇及其衍生物，水凝胶溶剂为去离子水、纯水或PH值为5.7～8.0的磷酸盐(PBS)缓冲溶液；

第四步，制备水凝胶溶胶与细胞培养液的混合液，将第三步中制备的水凝胶溶胶与细胞浓度为10⁵～10⁷Cells/mL的细胞培养液按体积比1～4∶1混合均匀，细胞培养液中的细胞为软骨细胞、造骨细胞、骨髓基质细胞、肝细胞、成纤维细胞、心肌细胞、间充质干细胞、胚胎干细胞、脂肪干细胞或神经前体细胞；

第五步，将涂覆聚合物层的蔗糖纤维包裹在水凝胶中，将第四步制备的混合液倒入第二步准备好的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)模具中，通过改变温度或紫外照射使之交联形成载细胞的水凝胶；

第六步，将载细胞的水凝胶中的蔗糖纤维和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)于PH值为5.7～8.0的磷酸盐(PBS)缓冲溶液中溶解掉，在载细胞的水凝胶中形成带有聚合物内层的微通道结构；