[发明专利]一种组装生物微组织

说明书

针对现代社会疾病频发，许多病人的多种组织和器官在病痛侵袭下面临不同程度的衰竭，临床病变组织和器官的修复和更换的需求不断增加，人工组织器官再造已成为刻不容缓的需解决问题。而本专利一种组装生物微组织，针对组织工程领域，通过使用不同材料制作出孔隙率和结构不同且能够负载多种细胞的涂覆水凝胶的分层支架，可以模拟特定生物组织的组成，并人为可控的进行组装成型，实现生物体外的细胞和活体组织的三维培养，为组织工程和人工器官修复再造提供了潜在的解决手段。

技术领域

本专利针对组织工程和医学修复领域，通过使用不同材料制作出孔隙率和结构不同且能够负载多种细胞的可涂覆水凝胶的分层支架，可以模拟特定生物组织的组成，并人为可控的进行组装成型，实现生物体外的细胞和活体组织的三维培养，为组织工程和人工器官再造等提供了新的手段。

背景技术

随着经济的发展，生活节奏的加快，现代社会疾病频发，许多病人的多种组织和器官在病痛侵袭下面临不同程度的衰竭，临床病变组织和器官的修复和更换的需求不断增加，人工组织的修复和再造已成为刻不容缓的需解决问题。

临床上，对于发生病变的组织和器官，首要原则是尽一切可能进行自体治疗和修复，并恢复组织和器官原有的功能；但如果病变程度已经不可逆转且不能维持病人的基本生命活动，则需使用组织工程学的方法，对病变组织和器官进行更换，提升病人的生活质量和存活率。生物再造是近年来发展起的新兴应用技术。目前，除了脑以外,几乎所有人体器官和组织都有相应的人工生物制品。虽然大多数制品还不是完全性的人造器官和组织,尚不具备取代脏器的所有功能,而且在大小和寿命方面也还不能与天然器官相比。但随着现代医学的飞速发展,人造器官和组织的作用越来越重要。

生物3D打印技术是一种以活细胞等为原料进行活体组织打印的技术，目前已经在主动脉瓣、种植手术导板、人工下颚、牙齿、心脏瓣膜等领域得到应用。利用生物3D打印，可将以生物体内干细胞经过体外诱导分化后的获得的活细胞为原料，或是采用生物相容性高的高分子材料，直接打印制造活体器官组织，由于病变组织的修复和替换，解决临床上移植供体不足等问题。

本专利采用电脑三维建模、3D打印和体外培养的方法，分层制备孔隙率和结构不同，涂覆水凝胶后能供细胞黏附、增殖、迁移的支架，然后进行活体组织的仿生组装成型。按照具体的组织或器官的细胞类型组成要求，可人为改变该片层模支架的内部结构和负载的细胞，进行体外培养后，在支架结构的外层包裹上水凝胶，既可以提高片层膜支架的力学性能，同时又可以为细胞的生存提供更好的外部环境。本专利为临床医学组织和器官移植供体再造提供了一种潜在的解决手段。

发明内容

本专利通过生物3D打印方法，制备出能够进行不同细胞培养的分层支架，通过电脑编程设计，其内部具有不同孔洞结构和孔隙率。当在膜上接种好细胞，并进行初步培养后，再将负载不同细胞的片层模支架进行组装成型，同时在外层均匀涂覆上薄薄一层水凝胶，持续进行培养，直至其长成具有生物功能的组织，用于生物体的组织器官修复和再造。

为实现上述的目的，本专利使用的新型技术方案是：

利用生物3D打印技术制备分层支架，支架的内部结构和孔隙率可控，将细胞在支架上进行培养后，再将铺满细胞的片层膜支架封装在水凝胶中进行持续培养，直至活体微组织的出现。

1)底层膜支架采用聚己内酯(PCL)为基材，通过电脑编程，利用3D打印手段，将聚己内酯有序打印成丝，丝直径范围在10-100μm 之间，并控制支架的内部孔径在1-10μm之间。聚己内酯在人体内不易降解，能对微组织结构起到稳定支撑作用。

2)中层膜支架采用聚乳酸-醇酸共聚物(PLGA，分子量为30 万)为基材，与上层膜支架不同的分子量可以保证材料在适当的条件下逐步发生降解。将聚乳酸-醇酸共聚物进行三维打印成型，丝直径范围在10μm-100μm之间，通过电脑编程，控制支架单向有序排列。相比于底层膜支架，单向有序的支架能对细胞的生长和迁移有更大的诱导作用，对培养天然组织中有序生长的细胞有重大意义。