[发明专利]一种含通道的仿生结构及其电磁力训练装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于组织器官制造、生物工程及生物医疗器械领域，涉及一种含通道的仿生结构及其制备方法。

背景技术

目前，器官移植技术始终面临着免疫排斥，供体短缺，器官分配，伦理道德等一系列问题。据统计，我国每年需要进行器官移植的患者超过150万，但供求比不足1:100[Langer R.Tissue Engineering,2007,13(1):1～2]。组织工程学(Tissue Engineering)和器官制造(Organ Manufacturing)利用工程和医学相结合的概念，从组织和器官层面为这一难题有了崭新的解决途径。

人工组织或器官的仿生结构可用于植入体内修复组织缺损，替代器官功能；也可或作为一种体外装置，暂时替代器官功能[曹谊林等,临床外科杂志,2007,15(1):40-41]。目前，利用组织工程学方法构建的组织器官已经在临床上实现了应用，但是这些应用多局限在软骨、上皮等组织，这些组织结构简单，成分单一，尺寸受限。而在复杂器官的组织工程学制造中，人们面临的主要难题是，在构建功能组织和支架结构的同时，构建相应的多功能器官替代物，这些功能主要包括循环系统、神经系统和免疫系统。

人体内的重要脏器如心脏、肾脏和肝脏等，都有着复杂的血管、神经、免疫和内分泌系统。细胞存活的适宜环境是在血管周围150～200μm的范围内，否则很快会因物质交流不畅导致死亡；而建立神经系统的联系是移植器官与人体交流的重要途径，这对复杂器官行使功能，参与人体调节系统都有着重大意义。综上，如何构多系统复合的含通道的仿生结构是复杂器官制造中不可避免的问题。

另外，目前的含通道的组织/器官仿生结构虽有管道结构来模拟体内的复杂导管，但是这些管道很难在微观层面形成可控的单层或多层细胞层状结构，这要归咎于目前成形技术在微观尺度上的局限性。因此，我们希望采用外加场的作用，在微观尺度上控制微流体管道中单层细胞的附着和定向排列。本发明采用外加电场、磁场或复合电磁场的作用，对带电粒子(主要是溶液粒子、普通细胞、磁性细胞和带电细胞)进行排列控制，使得细胞能够按照预设层数排布在管道壁上，得到更类似体内导管的细胞排列样式，达到对细胞的精细操作。

清华大学器官制造中心(Center of Organ Manufacturing)采用3D打印技术和旋转组合模具法成功制备出具有一定功能的组织或器官前体。利用现有的单/双喷头快速成形技术(也称3D打印技术)，该中心已成功制备出简单的血管网、肝组织和骨修复材料等[Wang X,et al.Trends in Biotechnology,2007,25:505；Wang X.Artificial organs,2012,36:591]。利用旋转组合模具法[专利201210324600.4]，该中心已设计出具有通道的血管化器官前体。但是，这些技术目前能制备的结构局限在简单的组织，仅含类血管的单一通道，并未应用于多系统(血管、神经和免疫)复合的组织/器官。另外，现有办法仅能制备出一般管状结构，尚不能在管状结构孔内或管壁上灌注或定位细胞。因此我们提出利用多喷头3D打印法和多内芯旋转组合模具法为基础，采用外加场的作用，在微观尺度上控制微流体管道中单层细胞的附着和定向排列，来制备更为贴近人体组织或器官的仿生结构，该仿生结构复合了循环系统、神经系统、免疫系统和内分泌系统等功能，将复杂器官制造技术进一步推进。

通过以上分析，现有技术条件下的组织器官替代物形貌和功能单一，往往仅具有一种欠成熟的循环体统(血管网络)，在复杂器官制造和功能发挥方面尚不完善。将3D打印法或旋转组合模具法与器官制造技术结合是医学和工程学的研究热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种含通道的仿生结构，该结构具备含血管、神经和免洗系统的细胞管道，使其具有真实器官的结构和功能。本发明的另一目的是提供一种电磁力训练装置及其训练通道仿生结构的方法，使细胞在电场、磁场或复合电磁场中完成逐层定位，更贴近生物体内部管道的细胞排列。

本发明的技术方案如下：