一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法技术

本发明专利技术涉及一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法。本发明专利技术首先从医院获取喉软骨影像数据。将采集到的喉软骨影像层片导入重构软件，得到准确的喉软骨三维数字模型。其次导入喉软骨三维数字模型进行分层，设置分层软件参数，得到分层的二维模型。然后在无菌条件下，选取细胞受控组装材料，将软骨细胞与细胞受控组装材料搅拌均匀，并装入细胞组装受控机中。最后将分层图形导入控制软件，使细胞组装机开始进行分层堆积打印出含细胞的喉软骨支架。并将支架用交联剂固化。本发明专利技术制取的喉软骨支架生物相容性好、孔隙率高、取材方便且能够直接植入患者体内达到修复喉损伤的效果，患者能够完成正常的发声和吞咽的动作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及喉损伤修复、喉再造、细胞受控组装（生物3D打印）领域，尤其是一种材料来源广、生物相容性好、经济实用的制造组织工程人工喉软骨支架的方法。
技术介绍
喉是人类发声部位，目前世界上有数十万因先天性疾病、喉肿瘤外科手术和喉外伤长期失喉的患者无法正常交流，对患者自身和家庭造成了极大心理和身体上的创作。目前对喉患者的治疗方法有电子人工喉、食管音和气管音等，这些方法都存在要么利用外部电子设备，要么利用其他部位代替喉部位发音等，例如电子人工喉存在使用不便、发音不清、价格昂贵等缺点，食管音的方法则需要定期维护更换，存在操作不便、学习发声方法比较复杂，而气管音则存在修复率低、容易产生副作用的缺点。这些方法虽然能够在一定程度上达到使患者重新发声的目的，但都没有能够做到真正意义上的修复喉头。因此，如何寻找一种能够真正即能使患者重新声，又能不影响患者生活的方法意义重大。
技术实现思路
为改进以上喉损伤修复方法的缺陷，达到在生理上修复喉损伤、恢复后功能的目的，本专利技术从细胞受控组装（生物3D打印）技术着手，提供一种具有良好生物相容性、细胞直接受控组装的组织工程喉软骨支架的打印方法。本方法的具体是：步骤1.从医院获取喉软骨的CT、MRI影像数据。步骤2.将采集到的喉软骨影像层片导入Mimics重构软件，得到准确的喉软骨三维数字模型。步骤3.导入喉软骨三维数字模型进行分层，设置分层软件Aurora参数，得到分层的二维模型。步骤4.在无菌条件下，选取生物相容性好且取材广泛的细胞受控组装材料，将事先制备好的软骨细胞与细胞受控组装材料搅拌均匀，并装入细胞组装受控机中。步骤5.将分层图形导入控制软件，使细胞组装机开始进行分层堆积打印出含细胞的喉软骨支架。步骤6.打印好支架后用交联剂将支架固化，再将交联剂冲洗干净后得到一个多孔隙、生物相容性好且具有细胞活性的喉软骨支架。本专利技术的有益效果在于：制取的喉软骨支架生物相容性好、孔隙率高、取材方便且能够直接植入患者体内达到修复喉损伤的效果，患者能够完成正常的发声和吞咽的动作。同时由于在三维模型建造时可以对喉各部位进行分开处理，故本专利技术还能根据患者喉损伤的部位不同进行不同模型建立，从而可以达到根据患者实际情况都能够完成修复的效果。附图说明图1为本专利技术的流程图。具体实施方式以下结合图1对本专利技术作进一步说明。1）从医院获得喉的CT、MRI影像图片。2）将获取到的图像导入Mimics重构软件，经过处理得到喉关节软骨三维数字模型，可选择导入ANSYS进行有限元分析，并对软骨三维数字模型进行局部修正设计。3）通过分层软件Aurora对喉软骨3D模型进行逐层分离，得到细胞受控组装机能够打印的喉软骨2D层片模型。4）选取能够制取生物相容性好、孔隙率高、力学性能合适支架的生物材料，同时选取具有良好增殖能力、对生物材料无免疫原性或免疫原性比较低的合适的软骨细胞或能够发展成软骨细胞的细胞。5）在无菌条件下将选取好的生物材料与细胞按合适比较混合，并加入一定量的生长因子促进细胞增殖，保证制取的细胞支架能够长期培养，细胞能够正常增殖。6）将混合的细胞材料装入事先灭菌的细胞受控组装机中，并导入分层的喉软骨三维模型至细胞受控组装（生物3D打印）机控制软件Cark中，此时细胞组受控装机将按喉软骨三维模型图一层一层打印出所需要的支架，得到一个有较高孔隙率的生物支架。7）最后用交联剂固化已打印好的支架，使其能够长期保持形状，至此得到一个完整的三维喉软骨细胞支架模型。目前能够适应软骨细胞生长的3D打印生物材料主要有水凝胶类，如聚甲基丙烯酸羟乙酯（Poly HEMA)、聚乙烯醇、PEO、聚乙二醇（PEG)等，以及一些复合材料，如明胶与海藻酸钠混合材料、壳聚糖与胶原等。这些材料都具有良好生物相容性，且可降解，能够为软骨细胞提供类似细胞外质基类的生存环境，是理想的生物材料。目前细胞或能够发展成为软骨细胞的细胞主要的有常用的软骨细胞、胚胎干细胞、骨髓间质干细胞。而生长因子则主要有BMP-1、BMP-2、转化生长因子-β、成纤维细胞生长因子等。当然细胞支架培养过程中除了受生长因子影响外，还受到应力、微重力等力学环境影响，所以这方面也要注重。以下给出一个具体实施例：1.对于患喉癌准备切除整喉的患者，在对患者喉软骨进行CT或MRI提取数据后，通过与健康个体提取的数据对比后得到该患者健康时的喉部数据。2.将得到的喉软骨影像图像采用Mimics重构，再进行有限元分析并辅助设计得到精确的喉关节软骨数字3D模型。3.通过Auraro分层软件对模型分层处理，得到分层的喉3D数字模型，分层层厚为0.2，再导入控制软件Cark中，控制软件进行打印的参数为扫描速度8mm/s，扫描加速度为3mm/                                               ，喷头速度0.2mm/s，喷头加速度8mm/。4.将事先选取的生物材料和软骨细胞装入细胞受控组装机中，然后细胞组装机根据导入3D模型开始一层一层打印，得到合适的喉关节3D支架。再加入交联剂固化成型，放入体外培养。5.将得到的喉关节细胞支架在体外培养一段时间后，植入患者体内即可。本实施例制取出来的喉关节支架，不仅具有很好的生物相容性，且孔隙率高，适合软骨细胞生长增殖，材料选择广泛，制作过程简单便捷，非常适合普及。且区别于其它生物制造的方法，本方法能够将细胞与支架共同打印，更好地使细胞存活，完全能够模拟软骨细胞在喉软骨中的环境，是一种比较贴近实际的方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1.从医院获取喉软骨的CT、MRI影像数据；步骤2.将采集到的喉软骨影像层片导入Mimics重构软件，得到准确的喉软骨三维数字模型；步骤3.导入喉软骨三维数字模型进行分层，设置分层软件Aurora参数，得到分层的二维模型；步骤4.在无菌条件下，选取生物相容性好且取材广泛的细胞受控组装材料，将事先制备好的软骨细胞与细胞受控组装材料搅拌均匀，并装入细胞组装受控机中；步骤5.将分层图形导入控制软件，使细胞组装机开始进行分层堆积打印出含细胞的喉软骨支架；步骤6.打印好支架后用交联剂将支架固化，再将交联剂冲洗干净后得到一个多孔隙、生物相容性好且具有细胞活性的喉软骨支架。

【技术特征摘要】
1. 一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1.从医院获取喉软骨的CT、MRI影像数据；
步骤2.将采集到的喉软骨影像层片导入Mimics重构软件，得到准确的喉软骨三维数字模型；
步骤3.导入喉软骨三维数字模型进行分层，设置分层软件Aurora参数，得到分层的二维模型；
步骤4.在无菌条件下，选取生物相容性好且取材广泛的细胞受控组装材料，将事先制备好的软骨细胞与细胞受控组装材料搅拌均匀，并装入细胞组装受控机中；
步骤5.将分层图形导入控...

【专利技术属性】
技术研发人员：史廷春，谢晋，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33