[发明专利]一种植有内皮细胞的硅胶血管模型的制作方法

说明书

本发明提供了基于可溶材料的一种植有内皮细胞的硅胶血管模型的制作方法，所制作的是一种基于人体器官的透明硅胶生物模型，其以医疗影像为基础，通过模型清理与面向3D打印技术的修模工艺，制作可溶性含有间隙的内芯‑壳体模型，并通过负压硅胶灌注、对硅胶表面润湿性处理、生物试剂浸润、细胞低速旋转培养等制得内皮细胞‑硅胶血管模型。本发明所制作的个性化内皮细胞‑硅胶模型，改善了传统腔体模型制作中，需要多次倒模的制作工艺。可以很好的以真实尺寸制作目标血管的体外模型，实现了血管厚度的可控性，并将纯硅胶物理模型与细胞生物模型相结合，可观察各种流动剪切刺激下内皮细胞形态和功能对流动剪切的响应。

技术领域

本发明属于外科医疗训练器材技术领域，涉及一种植有内皮细胞的硅胶血管模型的制作方法，更具体地，涉及一种基于真实血管拓扑结构及几何尺寸的植有内皮细胞的透明软管腔体生物模型的制作方法。

背景技术

颅内动脉瘤是颅内动脉局部病理性改变和异常扩张导致的瘤样突起，动脉瘤破裂造成的自发性蛛网膜下腔出血是脑卒中的常见病因之一，严重威胁人类的生命健康。数据显示，动脉瘤在成人和尸检中检出率为2％-5％，近年我国的动脉瘤的检出率高达8.8％。而在颅内动脉狭窄患者中，动脉瘤的发生比例为12.3％,明显高于颅内动脉瘤的一般发生率。

动脉瘤的发生发展与血流动力学因素关系密切。其中，血液流变学特性、血流特性、管壁运动、血管结构等均影响着血流动力学因素。血液是一种具有粘滞性的非牛顿流体。血液的粘滞性决定于血液的组成成分，当红细胞压积H10％时，血液的非牛顿特性明显，并随切变率减小而粘性迅速增大，当切变率增大时粘度渐进地趋于常值。血液流动是一种周期性脉动流动，血管中随着时间周期性变化的流速和压力将引起血管壁径向和轴向的周期性运动，复杂的血管结构的运动形态更为复杂。同时动脉瘤的瘤颈宽度以及母血管近端狭窄等形态变化都将影响动脉瘤血流动力学特性。另一方面，脑血管一般具有分层结构，可简化的认为由内膜、中膜和外膜三层结构构成。内膜主要由单层内皮细胞构成，作为隔绝血液及血管壁的唯一屏障，内皮细胞对流体切应力最为敏感，能够感知因局部流动发生变化所引起的剪切力变化。局部壁面切应力升高超过生理性临界点时，血管内皮细胞可以通过释放血管舒张因子，控制血管的舒张以调节局部血管张力。而当局部剪应力降低时，血管内皮细胞可反应性地释放收缩因子如内皮素，使血管收缩。此外，当壁面剪应力超过动脉血管所承受的生理阈值后将引起内皮细胞的形态学和功能的改变，如细胞发生延长，单层紧密排布的内皮细胞连接处出现间隙。同时，高壁面剪切应力会激活炎症因子和细胞粘附分子表达，导致血管壁炎性损伤，引起内皮细胞功能障碍。

血管内介入栓塞手术是临床治疗动脉瘤的常用方法之一，是将电解可脱的铂金弹簧线圈经股动脉输送至动脉瘤瘤腔内，形成球状栓体从而达到闭塞动脉瘤的目的。但术后植入线圈松动或疝出等使动脉瘤复发的风险较高。主要是由于颅内动脉瘤内的中膜很薄，部分甚至没有中膜结构；或者有的弹性膜严重碎裂或缺失，严重影响了血管的弹性、回缩以及承受动脉血压的能力。植入线圈与血管内皮细胞的相互作用可能是影响介入手术的效果以及导致术后的二次复发的原因，但介入栓塞材料的干预作用对血管内皮细胞形态和功能的影响尚不明确。

因此，若能体外构建动脉瘤的内皮细胞-硅胶血管模型，可以通过实时监测和精确控制内部流体的流动状态，建立血流脉动与内皮细胞形态和功能的相关性，对动脉瘤形成机理的认识有着重要作用，此外，血管的不同程度的狭窄将诱导流动剪切变化，通过检测内皮细胞-硅胶血管模型中不同流动刺激下内皮细胞的形态以及促炎性因子的浓度的改变，对评价不同狭窄程度下动脉瘤的破裂风险有重要帮助。进一步通过在内皮细胞-硅胶血管模型中模拟介入线圈栓塞手术，通过手术前后内皮促炎性因子浓度的变化来评价介入栓塞手术后的疗效。