[发明专利]一种活性细胞-水凝胶类器官结构体的立体成形方法

摘要

一种活性细胞-水凝胶类器官结构体的立体成形方法，先根据自然器官设计出水凝胶单元模型，再利用微制造技术制造出该单元的物理原型，填充获得其结构负型，然后处理结构负型的表面，用生物材料-细胞混合溶液填充负型模具，再选择交联方式使混合溶液凝胶化，获得具有仿生血液流道的活性细胞-水凝胶单元，再进行层层定位叠加，进行二次交联，组装成活性细胞-水凝胶结构体，最后在体外培养或体内植入，构建出预血管化的活性类器官前体，本发明能够通过二维活性细胞-水凝胶结构单元的叠加组装实现立体类器官复杂微流道系统的构建以及细胞在三维空间上的均匀有序种植。

主权项

一种活性细胞‑水凝胶类器官结构体的立体成形方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据肝脏、心脏、肾脏或肺的微结构单元特征，采用计算机辅助软件Pro/Engineer或UG设计出具有仿生血液或培养液流道系统的水凝胶单元模型，水凝胶单元模型流道宽度介于50μm‑1mm，深度为0.3‑0.8mm，2)利用光固化快速成形或光刻技术制造出水凝胶单元的物理原型，然后利用液态医用硅胶或5％‑10％质量分数的琼脂糖水溶液在真空条件下填充水凝胶单元的物理原型，液态医用硅胶的硅胶与固化剂质量比为10∶1，凝固脱模后可获得水凝胶单元的结构负型，3)用氧等离子体照射水凝胶单元的结构负型的表面0.5‑2分钟，然后用生物材料‑细胞混合溶液填充负型模具，生物材料‑细胞混合溶液的生物材料为光敏医用明胶、海藻酸钠、胶原蛋白或它们的等比混合物，其质量浓度为1％‑6％；细胞为原代器官实质细胞或干细胞，其浓度为1×106‑5×107个/ml，4)根据生物材料的成胶方式，选择紫外光照射、氯化钙溶液渗透或改变温度的交联方式使混合溶液凝胶化，获得具有仿生血液流道的活性细胞‑水凝胶单元，凝胶化过程在4‑37℃条件下进行，采用紫外光照射的交联方式时，其中紫外光照射时间小于60秒，强度为6.9mW/cm2；采用氯化钙溶液渗透的交联方式时，氯化钙溶液浓度为2‑5％，凝胶化时间为2‑5分钟；采用改变温度的交联方式时，将胶原蛋白‑细胞溶液温度从4℃升高到37℃，并在100％湿度环境下保持30‑45分钟，5)将细胞‑水凝胶单元根据结构特征层层定位叠加，然后在水凝胶外表面涂覆一层与水凝胶材料相同的生物材料溶液，利用步骤4)的交联方式进行二次交联，从而将细胞‑水凝胶单元组装成具有复杂空间血液流道和细胞均匀可控分布的活性细胞‑水凝胶结构体，6)在体外培养或体内植入时，将血管内皮细胞种植在活性细胞‑水凝胶结构体内部的血液流道系统，以促进血管形成，从而在体外构建出预血管化的活性类器官前体。