[发明专利]一种双层水凝胶管状组织工程支架及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双层水凝胶管状组织工程支架及其制备方法，包括管状的内层水凝胶和外层水凝胶，所述的内层水凝胶由可紫外光交联水凝胶和细胞或导电水凝胶复合而成；所述的外层水凝胶由两种或多种可紫外光交联水凝胶复合而成。本发明的制备方法，制造成本低、速度快，工艺灵活性大，制得的工程支架内层能够提供多功能的组织微环境，具有较好的生物相容性；外层提供机械支撑，且改变不同水凝胶的浓度及配比可以定制其机械性能。

技术领域

本发明属于生物制造领域，尤其是涉及一种具有复合功能的双层水凝胶管状组织工程支架及其制备方法。

背景技术

管状结构的组织，如血管、胆管、气管和肠道，在高等动物的身体和器官系统中普遍存在。一旦这些管状组织发生疾病或功能障碍，通常需要用自体植入物、供体组织或人工假体替代它们。然而，由于缺乏合适的自体组织和供体移植物来源，限制了组织移植的发展。人工假体往往难以满足机械性能和生物性能的要求，易造成术后功能障碍和再生不良。管状组织的特殊管状形态和不同类型的细胞及其分布是管状组织的两个重要特征。

组织工程的发展为体外构建结构和功能与天然管状组织类似的移植物提供了新的途径，对指导管状及非管状组织结构的修复和再生具有重要意义。理想的导管应具有一定的机械强度，以承受外科手术，并应具用有特定的功能性，例如含有可再生的活细胞、对应生长因子或赋予导电功能特性等。

近几十年来，已有许多病例报道使用开发的生物材料和制备的人工种植体对各种受损组织进行良好修复。各种天然或合成材料制成的生物材料包括透明质酸、明胶、壳聚糖、海藻酸钠、聚己内酯(PCL)、聚乳酸乙醇酸(PLGA)等，已被用于气管修复、胆管或血管移植、神经再生等场合。同时，电纺丝、浸涂、溶液铸造、薄板轧制、3D打印等生产工艺得到了全面应用。水凝胶因其良好的生物相容性、组织弹性、保水性和给药性能，在组织工程和器官再生中得到了广泛的应用。

有学者(Journal of Biomedical Materials Research Part B:AppliedBiomaterials,2018,106(2),2817-2829)制备了填充有辛伐他汀/普朗尼克F127水凝胶的壳聚糖导管，并证实其对周围神经损伤的修复有一定的促进作用。也有学者(Biofabrication,2016,9(1),015001)在传统浸涂法的基础上，加入电机系统实现浸涂棒的旋转和移动，从而实现了组织工程小直径血管多层结构的自动制造，并证明该系统可以简单、快速地制作结构类似于天然血管的复杂细胞化多层血管移植。

然而，上述管状支架的力学性能尚未见报道。另外，类似静电纺丝或3D打印等制造方法不仅需要复杂的设备，对材料的流变性能也有一定的要求，为制备诸如含有活细胞等功能的导管或支架带来困难。

发明内容

本发明提供了一种具有复合功能的双层水凝胶管状组织工程支架及其制备方法，制造成本低、速度快，工艺灵活性大。

一种具有复合功能的双层水凝胶管状组织工程支架，包括管状的内层水凝胶和外层水凝胶，所述的内层水凝胶由可紫外光交联水凝胶和细胞或导电水凝胶复合而成；所述的外层水凝胶由两种或多种可紫外光交联水凝胶复合而成。

本发明中，支架由两层不同孔隙结构不同功能的水凝胶层组成；内层由低浓度可紫外光交联的大分子水凝胶和细胞或导电水凝胶复合而成，外层由两种或多种可紫外光交联的大分子水凝胶复合而成。支架内层能够提供多功能的组织微环境，具有较好的生物相容性；支架外层提供机械支撑，且改变不同水凝胶的浓度及配比可以定制其机械性能。

优选地，组成内层水凝胶的可紫外光交联水凝胶为甲基丙烯酸酐化明胶GelMA，细胞为间充质干细胞，导电水凝胶为PEDOT:PSS。

优选地，所述的外层水凝胶由两种可紫外光交联水凝胶复合而成，分别为甲基丙烯酸酐化明胶GelMA和聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA。