利用旋转堆积法制备组织器官的方法和专用设备，属于组织工程技术领域。该发明专利技术基于溶芯技术和细胞组装技术，将各种细胞生长因子、抑制因子或药物复合到可交联/聚合的水凝胶材料中，从喷头中挤出的丝状水凝胶经交联/聚合、合成高分子复合、培养液洗涤处理后缠绕堆积在旋转内芯上，含不同类型种子细胞的水凝胶和粘附内皮细胞、神经细胞的水凝胶分别形成主体部分和血管、神经系统，成形完毕后溶除内芯并培养一段时间后得到具有螺旋状血管和神经的组织器官。本发明专利技术工艺简单且易于成形血管和神经系统，特别适用于成形传统组织工程难以成形的具有内腔的组织器官，制备的组织器官可贴敷于病损组织器官处或者直接移植体内替换病损组织器官。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】利用旋转堆积法制备组织器官的方法和专用设备，属于组织工程
。该专利技术基于溶芯技术和细胞组装技术，将各种细胞生长因子、抑制因子或药物复合到可交联/聚合的水凝胶材料中，从喷头中挤出的丝状水凝胶经交联/聚合、合成高分子复合、培养液洗涤处理后缠绕堆积在旋转内芯上，含不同类型种子细胞的水凝胶和粘附内皮细胞、神经细胞的水凝胶分别形成主体部分和血管、神经系统，成形完毕后溶除内芯并培养一段时间后得到具有螺旋状血管和神经的组织器官。本专利技术工艺简单且易于成形血管和神经系统，特别适用于成形传统组织工程难以成形的具有内腔的组织器官，制备的组织器官可贴敷于病损组织器官处或者直接移植体内替换病损组织器官。【专利说明】利用旋转堆积法制备组织器官的方法及专用设备
本专利技术涉及利用旋转堆积法制备组织器官的方法及专用设备，属于组织工程领 域。
技术介绍
人体病损组织和器官的修复和替代是本世纪令人瞩目的科学前沿，也是一项亟 需解决的科学难题。由于活体组织器官移植存在供体短缺以及免疫排斥风险大等固有弊 端，难以成为解决该问题的有效途径。据此，以提高此类疾患治疗水平为目的的组织工程 (Tissue Engineering)应运而生，组织工程旨在体外构建细胞和材料的三维结构体，通过 适当的培养和训练后发展成具有和天然组织类似结构和功能的可移植替代物。近年来，组 织工程一直是国内外研究的热点，发展迅速并取得了诸多成果，但就其产品应用领域而言， 目前主要集中在结构相对简单的骨组织工程和皮肤组织工程等少数几个领域。究其原因， 很重要的一点就是，现有的组织工程结构体的体外构建方法（如电纺丝、模铸法等）难以构 建具有天然组织类似的复杂的血管网络结构，致使结构体内部的细胞存活率低，因此难以 实现大块组织的构建。 传统的组织工程遵循"细胞-支架复合"的"自上而下"的构建思路，即先成形支 架，再把细胞种植到支架上。但是，当支架尺寸和复杂度提高到一定程度时，支架成形和细 胞复合的难度将大大增加。细胞三维受控组装技术（Wang X H，Yan Y N，Zhang R J. Rapid prototyping as a tool for manufacturing bio-artificial livers. Trends in Biotech nology，2007, 25(11) :505-513.)，即细胞3D打印技术，遵循"支架-细胞"一体化构建的思 路。在细胞打印过程中，细胞（或细胞聚集体）与溶胶（水凝胶的前驱体）同时置于或者 含细胞的培养液单独置于打印机的喷头中，由计算机控制含细胞液滴的沉积位置，在指定 的位置逐点打印，在打印完一层的基础上继续打印另一层，层层叠加形成三维多细胞-凝胶 体系。细胞打印技术的特点是可以保证细胞密度和分布的均匀性，并且可以实现多种细胞 的共同组装和定点排布。但是氧气和营养物质的有效输送问题，即"血管化问题"仍然是该 方法构建可移植复杂组织器官的瓶颈问题。 现有的通过细胞3D打印成形的组织器官都是按照一层一层的平面堆积而成的， 因其成形的固有特点，微通道（血管）的成形依赖于成形精度及材料的性质。而且对于具 有内腔结构组织器官的成形，依靠平面堆积的细胞打印技术在其成形过程中不可避免地需 要增加支架或者转动成形台或喷头方位，大大增加了设计和成形的难度，有时甚至还无能 为力。 中国专利文献CN1654028提出一种利用溶芯法制造管网状支架的方法，先利用水 溶性、无生物毒性的材料制造支架的内芯，然后将生物相容性材料涂覆在支架内芯上，经风 干后用蒸馏水溶除支架内芯。该方法只能成形结构较简单的管网状支架，对于具有复杂血 管的组织器官的成形无能为力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统的组织工程中难以构建具有复杂血管和神经结构的 空腔类组织器官，提供一种基于旋转堆积法制备组织器官的方法及专用设备。该方法在细 胞受控组装技术和溶芯技术的基础上，目的在于提供一种新的组织器官的制备方法，便于 制备具有螺旋网状血管和神经的组织器官，特别适用于制备具有内腔结构的组织器官。 本专利技术的技术方案如下： 利用旋转堆积法制备组织器官的工艺方法，其特征在于本专利技术的专用设备包括支 撑装置、多喷头组件、运动机构、成形装置以及控制系统；所述支撑装置包括支撑腿和底板； 所述运动机构采用导轨-滑块机构，包括X向导轨、X向滑块、Y向导轨、第一 Y向滑块、第 二Y向滑块、Z向导轨、Z向滑块，所述X向导轨设在底板上，Z向导轨固接在X向滑块上，Y 向导轨固接在Z向滑块上；所述多喷头组件至少含有六个喷头，包括至少两个挤压式喷头 和四个喷洒式喷头，两个挤压式喷头的喷嘴内径分别为200 μ m?1mm和50 μ m?500 μ m， 喷洒式喷头喷嘴的网孔直径为50 μ m?100 μ m，喷头分两组分别安装在第一 Y向滑块和第 二Υ向滑块上；所述成形装置包括成形容器、支架和电机，成形容器安装在底板上并处于喷 头组件的下部，支架安装在成形容器内并与电机输出轴相连。 本专利技术所述专用设备其特征在于：所述支架的结构为两端呈圆柱状、中间为棱柱 状，材料为不锈钢或者钛合金。 本专利技术所述专用设备其特征在于：所述第一 Υ向滑块和第二Υ向滑块上分别开有 与Υ向导轨平行的第一小导轨和第二小导轨，第一小导轨和第二小导轨上分别安装第一小 滑块）和第二小滑块，第一小滑块和第二小滑块上开有可固定喷头的孔。 利用旋转堆积法制备组织器官的方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 1)材料制备： 制备0. 2?20% (w/v)水凝胶溶液、1?10% (w/v)交联剂/聚合液、0. 1?10% (w/v)合成高分子溶液、0. 2?10% (w/v)明胶溶液和细胞培养液；分离或者诱导种子细 胞，种子细胞密度为1X 1〇3?1X 1〇6个/mL，将种子细胞与水凝胶溶液按1?9 :9?1体 积比混合制成含种子细胞的水凝胶溶液；分离或者诱导神经细胞和内皮细胞，并制成细胞 悬液，神经细胞悬液和内皮细胞悬液密度均为IX 1〇3?IX 1〇8个/mL; 2)内芯制备 当制备具有内腔的组织器官时，根据所要制备组织器官的内腔形状，用三维绘图 软件设计其三维模型，用快速成形法制作具有此内腔结构的模具，当成形实体的组织器官 时，模具是直径厚8?10mm的圆柱；将支架放入模具中央，往模具中加入明胶溶液后降低温 度至8?1(TC使明胶固化，打开模具得到中心带支架的组织器官内芯，在带支架的组织器 官内芯外涂覆水凝胶，并用交联剂/聚合液进行交联/聚合； 3)成形 将含种子细胞的水凝胶溶液和不含细胞的水凝胶溶液分别装入第一挤压式喷头 和第二挤压式喷头中，交联剂/聚合液、神经细胞悬液、内皮细胞悬液以及合成高分子溶液 分别装入第四喷洒式喷头、第二喷洒式喷头、第一喷洒式喷头和第三喷洒式喷头中，在成形 容器内装入细胞培养液，将支架安装在成形容器内并与电机输出轴相连，将待成形组织器 官的模型导入控制系统后，启动成形设备，开始堆积成形；在成形过程中，支架绕Y负向做 旋转运动，喷头做平移运动，当成形组织器官的主体部分时，第一挤压式喷头运动到指本文档来自技高网...
【技术保护点】
利用旋转堆积法制备组织器官的专用设备，包括支撑装置、多喷头组件、运动机构、成形装置以及控制系统；所述支撑装置包括支撑腿和底板(101)；所述运动机构采用导轨‐滑块机构，包括X向导轨(121)、X向滑块(120)、Y向导轨(107)、第一Y向滑块(111)、第二Y向滑块(112)、Z向导轨(118)、Z向滑块(106)；所述X向导轨(121)设在底板(101)上，Z向导轨(118)固接在X向滑块(120)上，Y向导轨(107)固接在Z向滑块(106)上；其特征在于：所述多喷头组件至少含有六个喷头，分两组分别安装在第一Y向滑块和第二Y向滑块上；所述成形装置包括成形容器(102)、支架(103)和电机(119)，成形容器(102)安装在底板(101)上并处于喷头组件的下方，支架(103)安装在成形容器(102)内并与电机(119)输出轴相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王小红，周新伟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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