[发明专利]一种肺替代物及其三维打印与注射成形制造方法

权利要求书

1.一种肺替代物，其特征在于，所述肺替代物包括右肺叶(101)、左肺叶(105)、气管(104)、支气管网络(107)、支动脉血管网络(103)、支静脉血管网络(108)、肺泡组织(106)与肺外膜(102)；

所述的右肺叶(101)和左肺叶(105)呈扁平树叶状对称分布于气管(104)下方，所述的支动脉血管(103)和支静脉血管(108)并列开口于气管下方，分别与人体心脏主动脉和胸腔主静脉相连；

所述的支气管网络(107)、支动脉血管网络(103)和支静脉血管网络(108)分支后呈树枝状伸入左肺叶和右肺叶中，与肺泡组织(106)和肺外膜(102)共同组成左肺叶和右肺叶中的类组织；

所述的气管(104)和支气管网络(107)由肺上皮细胞和细胞外基质成分溶液，或由干细胞、上皮细胞生长因子和细胞外基质成分以及合成高分子溶液通过3D打印成形；支气管网络(107)由肺上皮细胞和细胞外基质成分溶液,或由干细胞、上皮细胞生长因子和细胞外基质成分溶液通过3D打印成形；支动脉血管网络(103)和支静脉血管网络(108)由内皮细胞和细胞外基质成分溶液，或由干细胞、内皮细胞生长因子和细胞外基质成分溶液以及合成高分子溶液通过3D打印成形；

肺泡组织(106)由肺上皮细胞和细胞外基质成分溶液，或由干细胞、上皮细胞生长因子和细胞外基质成分溶液，或含肺上皮细胞和细胞外基质成分的微球，或含干细胞、上皮细胞生长因子和细胞外基质成分的微球在支气管网络、支动脉血管网络(103)和支静脉血管网络(108)3D打印成形过程中由针管注射成形；肺外膜(102)由合成高分子溶液通过3D打印成形。

2.如权利要求1所述的一种肺替代物，其特征在于：所述的细胞外基质成分溶液采用质量百分浓度为1-15％海藻酸钠、活性肽、胶原、肝素、硫酸软骨素、透明质酸、粘多糖、糖蛋白、基质胶、右旋糖、壳聚糖、明胶和纤维蛋白原溶液中的至少一种；细胞外基质成分中细胞密度为1×10^1-6个/mL；细胞外基质成分中复合质量百分比为0.01-1％的抗凝血因子、细胞冻存因子和生长因子；肺上皮细胞微球采用海藻酸钠基水溶液包裹肺上皮细胞，其中海藻酸钠基水凝胶包括海藻酸钠、海藻酸钠/胶原、海藻酸钠/明胶溶液中的至少一种。

3.如权利要求1所述的一种肺替代物，其特征在于：所述干细胞为脂肪干细胞、骨髓间充质干细胞、胚胎干细胞和诱导多能干细胞中的至少一种。

4.如权利要求1、2或3所述的一种肺替代物，其特征在于：所述的合成高分子材料采用聚乙烯、聚四氟乙烯、聚酯以及乳酸与乙醇酸共聚物中的一种或几种材料的复合物。

5.一种如权利要求1所述的肺替代物的三维打印与注射成形制造方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)分别准备细胞、细胞外基质溶液、高分子交联剂、细胞培养液和合成高分子溶液，通过3D扫描设备扫描患者肺部，根据所扫描的数据构建肺替代物3D数字模型；

2)将干细胞、肺上皮细胞、内皮细胞与分别与相应的细胞外基质成分溶液混合均匀，细胞密度为1×10^1-6个/mL；在干细胞与细胞外基质成分溶液中分别加入质量百分比为0.01-1％内皮细胞生长因子或上皮细胞生长因子；采用非接触式高压静电发生器将肺上皮细胞与海藻酸钠溶液快速滴入氯化钙溶液中，制备肺上皮细胞微球；将干细胞与细胞外基质成分溶液、高分子交联剂、细胞培养液、合成高分子溶液分别装在3D打印设备的料桶中，将肺上皮细胞与细胞外基质成分溶液制成的溶液或微球、高分子交联剂、细胞培养液分别装在注射器针管中；

3)根据3D软件对肺替代物3D模型进行数据处理，并将数据转化为3D打印设备利用的数字模型或工艺参数；

4)利用多喷头3D打印设备按照步骤3)简化数字模型将含内皮细胞生长因子的干细胞与细胞外基质成分溶液混合物、含上皮细胞生长因子的干细胞与细胞外基质成分溶液混合物、合成高分子溶液分别打印形成支血管网络、支气管网络和肺外膜，每打印一层或几层，将肺上皮细胞与细胞外基质成分制成的溶液或微球用注射针管注射到肺外膜与支气管网络、支血管网络的间隙中，并向所形成的三维结构上喷射高分子交联剂和细胞培养液，通过支血管网络、支气管网络和肺外膜层层叠加和肺上皮细胞微球的不断注射最后形成肺替代物三维结构。