【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物学,再生医学,生物打印(例如3D生物打印),组织工程学等
特别地,本专利技术涉及一种可用于生物打印(例如3D生物打印)和组织工程的生物砖,所述生物砖的至少一个壳层包含氧化的海藻酸盐(例如氧化的海藻酸钠和/或氧化的海藻酸钙),包含所述生物砖的组合物(例如生物墨汁),所述生物砖的制备方法以及其用途,以及包含所述生物砖或者使用所述生物砖/生物墨汁构建的构建体(例如三维构建体)。
技术介绍
在人体组织中,细胞按照一定的规则和顺序进行排列与分布。不同功能的组织,其细胞排布不同。例如,构成上皮组织的上皮细胞呈单层紧密排列以保证其保护功能;肌细胞成条索状排列以保证其收缩功能;神经细胞间平行排列或交织成网以增强其信息传递功能等。细胞排布的异常,表现为细胞形态、细胞间连接、细胞群整体功能的异常。各种组织器官的病理变化过程中均存在细胞排布异常,引起细胞功能异常并导致组织器官整体结构和功能的破坏。例如,肝脏肿瘤组织中肝细胞条索排布紊乱,无正常肝小叶结构;小肠上皮细胞排布紊乱引起细胞屏障作用受到破坏,肠道内毒素吸收增加并形成内毒素血症;血管平滑肌细胞排布紊乱,引起血管顺应性降低、弹性减弱、抗压力能力减弱等。因此,实现对细胞的精确排布是人工构建组织器官的关键。3D生物打印技术是近几年来兴起的一项技术,其已被尝试用于构建复杂的组织和器官。目前已报道了数种3D生物打印技术,其中最受关注的是,CYFUSE BIOMEDICAL KK公司提出的3D生物打印技术(下文简称为Cyfuse技术,参见例如美国专利申请US 14/126,681,以及
Or ...
【技术保护点】
一种生物砖,其包括:细胞,包裹细胞的核层,和,封装核层的壳层;其中,所述核层和壳层各自独立地由生物可降解材料制成,并且至少一个壳层包含氧化的海藻酸盐;优选地,所述壳层不包含细胞;优选地,所述生物砖包括至少一个核层,例如1个、2个、3个、4个、5个或更多个核层;优选地,所述生物砖包括至少二个核层,并且各个核层各自独立地由生物可降解材料制成,和/或,各个核层各自独立地包裹相同或不同的细胞或细胞组合;优选地,所述生物砖包括至少一个壳层,例如1个、2个、3个、4个、5个或更多个壳层;优选地,所述生物砖的最外侧包含至少一个壳层;更优选地,位于生物砖最外侧的壳层包含氧化的海藻酸盐;优选地,所述生物砖包括:一个核层和一个壳层;或者,一个核层和2个或更多个壳层;或者,2个或更多个核层和一个壳层;或者,至少2个核层和至少2个壳层;优选地,所述生物砖由内到外依次包括:核层和壳层;或者,核层、第一壳层、和第二壳层;或者,第一核层、第二核层、和壳层;或者,第一核层、第二核层、第一壳层、和第二壳层;或者,第一核层、第一壳层、第二核层、和第二壳层;优选地,所述生物砖具有一定的力学强度,从而能够实现立体堆积;优选地 ...
【技术特征摘要】
2015.04.07 CN 2015101609420;2015.10.22 CN 201510691.一种生物砖,其包括:细胞,包裹细胞的核层,和,封装核层的壳层;其中,所述核层和壳层各自独立地由生物可降解材料制成,并且至少一个壳层包含氧化的海藻酸盐;优选地,所述壳层不包含细胞;优选地,所述生物砖包括至少一个核层,例如1个、2个、3个、4个、5个或更多个核层;优选地,所述生物砖包括至少二个核层,并且各个核层各自独立地由生物可降解材料制成,和/或,各个核层各自独立地包裹相同或不同的细胞或细胞组合;优选地,所述生物砖包括至少一个壳层,例如1个、2个、3个、4个、5个或更多个壳层;优选地,所述生物砖的最外侧包含至少一个壳层;更优选地,位于生物砖最外侧的壳层包含氧化的海藻酸盐;优选地,所述生物砖包括:一个核层和一个壳层;或者,一个核层和2个或更多个壳层;或者,2个或更多个核层和一个壳层;或者,至少2个核层和至少2个壳层;优选地,所述生物砖由内到外依次包括:核层和壳层;或者,核层、第一壳层、和第二壳层;或者,第一核层、第二核层、和壳层;或者,第一核层、第二核层、第一壳层、和第二壳层;或者,第一核层、第一壳层、第二核层、和第二壳层;优选地,所述生物砖具有一定的力学强度,从而能够实现立体堆积;优选地,所述生物砖具有0.01-0.4GPa的硬度,例如0.01-0.02、0.02-0.03、0.03-0.04、0.04-0.05、0.05-0.06、0.06-0.07、0.07-0.08、0.08-0.09、0.09-0.1、0.1-0.15、0.15-0.2、0.2-0.3、0.3-0.4、0.01-0.4、0.01-0.05、0.05-0.1、0.1-0.2、0.2-0.4、0.05-0.15、或0.06-0.1GPa的硬度;和/或,具有0.01-100MPa的弹性模量,例如0.01-0.05、0.05-0.1、0.1-0.5、0.5-0.8、0.8-1、
\t1-1.2、1.2-1.4、1.4-1.6、1.6-1.8、1.8-2、2-2.4、2.4-2.8、2.8-3.2、3.2-4、4-10、10-20、20-30、30-40、40-50、50-80、80-100、0.5-4、0.5-1、1-1.5、1.5-2、2-3、0.8-1.6、1.4-2.4、0.8-3.2、0.01-100、1-100、10-100、或0.5-50MPa的弹性模量。2.权利要求1的生物砖,其中,所述核层能够为细胞的生命活动提供微环境;优选地,所述核层各自独立地由生物可降解材料制成,并且所述生物可降解材料是生物相容性的;优选地,用于制备核层的生物可降解材料是天然存在的(例如来源于动植物的天然存在的生物可降解材料),人工合成的,重组产生的,经过改性的,或者其任何组合;优选地,用于制备核层的所述生物可降解材料包含天然存在的可降解聚合物,例如胶原蛋白,纤维蛋白,壳聚糖,海藻酸盐,淀粉,透明质酸,层粘连蛋白,琼脂糖,明胶,葡聚糖,以及其任意组合;经过改性的可降解聚合物,例如经过改性的海藻酸盐,例如氧化海藻酸盐(例如氧化海藻酸钠);和/或,合成的可降解聚合物,例如聚磷腈,聚丙烯酸及其衍生物(例如聚甲基丙烯酸,丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物),聚乳酸(PLA),聚羟基乙酸(PGA),聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA),聚原酸酯(POE),聚己内酯(PCL),聚羟基丁酸酯(PHB),聚氨基酸(例如聚赖氨酸),可降解性聚氨酯,以及其任何组合;优选地,用于制备核层的所述生物可降解材料能够被酶(例如细胞分泌的酶)所降解;优选地,所述核层的降解能够提供维持或促进所述细胞的生命活动的营养物质;优选地,所述生物可降解材料选自胶原蛋白(例如I型,II型,III型胶原蛋白)、纤维蛋白、壳聚糖、海藻酸盐(例如海藻酸钠)、氧化海藻酸盐(例如氧化海藻酸钠)、淀粉、透明质酸、层粘连蛋白、弹性蛋白、明胶、葡聚糖、聚氨基酸(例如聚赖氨酸)、琼脂糖、可降解性聚氨酯或其任何组合;优选地,所述核层包含I型胶原蛋白和/或海藻酸盐,例如包含I型胶原蛋白和海藻酸钠;或者,包含层粘连蛋白;或者,包含淀粉;或者,包含可降解性聚氨酯;或者,包含海藻酸盐(例如海藻酸钠)和氧化海藻酸盐(例如氧化海藻酸钠);优选地,所述核层为凝胶状。3.权利要求1或2的生物砖,其中,所述生物砖具有选自下列的一个或多个技术特征:(1)所述生物砖中的所有壳层都包含氧化的海藻酸盐,或者,位于最外侧的壳层包含氧化的海藻酸盐;(2)所述氧化的海藻酸盐包含氧化的海藻酸钠和/或氧化的海藻酸钙;(3)所述氧化的海藻酸盐的分子量为4kDa-1500kDa,例如4-10kDa、10-20kDa、20-30kDa、30-40kDa、40-50kDa、50-60kDa、60-70kDa、70-80kDa、80-90kDa、90-100kDa、100-200kDa、200-300kDa、300-400kDa、400-500kDa、500-600kDa、700-800kDa、800-900kDa、900-1000kDa、1100-1200kDa、1200-1300kDa、1300-1400kDa、或1400-1500kDa;(4)所述氧化的海藻酸盐的G/M值为0.2-5,例如0.2-0.3、0.3-0.4、0.4-0.5、0.5-0.6、0.6-0.7、0.7-0.8、0.8-0.9、0.9-1.0、1.0-1.5、1.5-2.0、2.0-2.5、2.5-3.0、3.0-3.5、3.5-4.0、4.0-4.5、或4.5-5.0;(5)所述氧化的海藻酸盐的氧化度为1-40%,例如1-2%、2-3%、3-4%、4-5%、5-6%、6-7%、7-8%、8-9%、9-10%、11-12%、12-13%、13-14%、14-15%、15-16%、16-17%、17-18%、18-19%、19-20%、20-25%、25-30%、30-35%、或35-40%;(6)所述氧化的海藻酸盐的粘度为100-3000mPa·s,例如100-200、200-300、300-400、400-500、500-600、600-700、700-800、800-900、900-1000、1000-1100、1100-1200、1200-1300、1300-1400、1400-1500、
\t1500-1600、1600-1700、1700-1800、1800-1900、1900-2000、2000-2100、2100-2200、2200-2300、2300-2400、2400-2500、2500-2600、2600-2700、2700-2800、2800-2900、或2900-3000mPa·s;(7)所述至少一个壳层包含1-25%(wt)的氧化的海藻酸盐,例如,包含1-2%、2-3%、3-4%、4-5%、5-6%、6-7%、7-8%、8-9%、9-10%、10-15%、15-20%、20-25%(wt)的氧化的海藻酸盐;(8)所述至少一个壳层包含氧化的海藻酸盐(例如,上文所定义的氧化的海藻酸盐),以及海藻酸盐(例如海藻酸钠和/或海藻酸钙);其中,优选地,海藻酸盐与氧化的海藻酸盐的质量比为1:9至9:1,例如1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1;(9)所述至少一个壳层在不超过28天的时间内完全降解,例如,在不超过21天、不超过14天、不超过12天、不超过10天、不超过9天、不超过8天、不超过7天、不超过6天、不超过5天、不超过4天、不超过3天、或不超过2天的时间内完全降解;(10)所述至少一个壳层能够为细胞的生命活动提供微环境。4.权利要求1-3任一项的生物砖,其中,除了所述的包含氧化的海藻酸盐的至少一个壳层以外,所述生物砖还包含一个或多个额外的壳层;优选地,所述额外的壳层能够为细胞的生命活动提供微环境;优选地,所述额外的壳层各自独立地由生物可降解材料制成,并且所述生物可降解材料是生物相容性的;优选地,用于制备所述额外的壳层的生物可降解材料是天然存在的(例如来源于动植物的天然存在的生物可降解材料),人工合成的,重组产生的,经过改性的,或者其任何组合;优选地,用于制备所述额外的壳层的所述生物可降解材料包含天然存在的可降解聚合物,例如胶原蛋白,纤维蛋白,壳聚糖,海藻酸盐,淀粉,透明质酸,层粘连蛋白,琼脂糖,明胶,葡聚糖,以及其任意组合;经过改性的可降解聚合物,例如经过改性的海藻酸盐,例如氧化海藻酸盐(例如氧化海藻酸钠);和/或,合成的可降解聚合物,
\t例如聚磷腈,聚丙烯酸及其衍生物(例如聚甲基丙烯酸,丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物),聚乳酸(PLA),聚羟基乙酸(PGA),聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA),聚原酸酯(POE),聚己内酯(PCL),聚羟基丁酸酯(PHB),聚氨基酸(例如聚赖氨酸),可降解性聚氨酯,以及其任何组合;优选地,用于制备所述额外的壳层的所述生物可降解材料能够被酶(例如细胞分泌的酶)所降解;优选地,所述额外的壳层的降解能够提供维持或促进所述细胞的生命活动的营养物质;优选地,所述生物可降解材料选自胶原蛋白(例如I型,II型,III型胶原蛋白)、纤维蛋白、壳聚糖、海藻酸盐(例如海藻酸钠或海藻酸钙)、氧化海藻酸盐(例如氧化海藻酸钠)、淀粉、透明质酸、层粘连蛋白、弹性蛋白、明胶、葡聚糖、聚氨基酸(例如聚赖氨酸)、琼脂糖,或其任何组合;优选地,所述额外的壳层包含海藻酸盐(例如海藻酸钠或海藻酸钙),例如包含海藻酸钙和明胶,任选地还包含弹性蛋白;或者,包含氧化海藻酸盐(例如氧化海藻酸钠);或者,包含海藻酸盐(例如海藻酸钠或海藻酸钙)和氧化海藻酸盐(例如氧化海藻酸钠);或者,包含海藻酸盐(例如海藻酸钠或海藻酸钙)和琼脂糖。5.权利要求1-4任一项的生物砖,其中,所述生物砖的壳层(例如,所述包含氧化的海藻酸盐的至少一个壳层,和/或所述额外的壳层)具有选自下列的一个或多个技术特征:(1)所述壳层为包裹的细胞提供了力学保护;优选地,所述壳层各自独立地具有0.01-0.4GPa的硬度,例如0.01-0.02、0.02-0.03、0.03-0.04、0.04-0.05、0.05-0.06、0.06-0.07、0.07-0.08、0.08-0.09、0.09-0.1、0.1-0.15、0.15-0.2、0.2-0.3、0.3-0.4、0.01-0.4、0.01-0.05、0.05-0.1、0.1-0.2、0.2-0.4、0.05-0.15、或0.06-0.1GPa的硬度;和/或,具有0.01-100MPa的弹性模量,例如0.01-0.05、0.05-0.1、0.1-0.5、0.5-0.8、0.8-1、1-1.2、1.2-1.4、1.4-1.6、1.6-1.8、1.8-2、2-2.4、2.4-2.8、2.8-3.2、3.2-4、4-10、10-20、20-30、30-40、
\t40-50、50-80、80-100、0.5-4、0.5-1、1-1.5、1.5-2、2-3、0.8-1.6、1.4-2.4、0.8-3.2、0.01-100、1-100、10-100、或0.5-50MPa的弹性模量;(2)所述壳层各自独立地为通透性的;例如,所述壳层对于水,氧气,和营养物质(糖类例如葡萄糖,脂肪,蛋白质,氨基酸,短肽,矿物质,维生素,细胞因子,核苷酸)是通透性的;(3)所述壳层各自独立地具有用于生物砖内外物质交换的通道或孔;优选地,通道的直径为至少10、20、50、100、150、200、250、300、350、400、或500nm;优选地,所述孔的直径为至少100、200、400、600、800、1000、1500、2000、4000、或5000nm;(4)所述壳层的厚度各自独立地为0.1-50μm,例如0.1-0.5、0.5-1、1-2、2-5、5-10、10-15、15-20、20-25、25-30、30-50、50-100、100-200、200-300、300-400、400-500、0.1-1、1-5、1-10、5-10、10-20、10-30、5-20、或1-20μm;(5)所述壳层各自任选地经过处理(例如使用壳层固定液进行处理,例如,以改善壳层的力学性能);更优选地,位于生物砖最外侧的壳层经过处理(例如使用壳层固定液进行处理,例如,以改善壳层的力学性能)。6.权利要求1-5任一项的生物砖,其中,所述核层和/或壳层各自独立地还包含额外的试剂,例如,营养物质、细胞外基质、细胞因子和/或药物活性成分;优选地,所述额外的试剂能够调控(例如促进)细胞的增殖、分化、迁移、分泌和/或新陈代谢;优选地,所述营养物质包括但不限于,核苷酸,氨基酸,多肽,碳水化合物(例如单糖,寡糖,多糖),脂质,维生素;优选地,细胞外基质选自多糖,例如糖胺聚糖、蛋白聚糖;结构蛋白,例如胶原和弹性蛋白;粘着蛋白,例如纤粘连蛋白和层粘连蛋
\t白;优选地,所述细胞因子可以是用于调控细胞的增殖、分化、迁移、分泌和/或新陈代谢的细胞因子,包括但不限于:-与细胞生长相关的细胞因子,例如胰岛素、类胰岛素生长因子(如IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ)、转化生长因子(如TGFα和TGFβ)、血管内皮生长因子、表皮生长因子、成纤细胞生长因子、血小板来源生长因子、骨肉瘤来源生长因子、生长激素释放抑制因子、神经生长因子、白细胞介素(如IL-1、IL-1、IL-3)、红细胞生长素、集落刺激因子、皮质醇、甲状腺素,或其任何组合;-与细胞分化相关的细胞因子,例如Oct3/4,Sox2,Klf4,c-Myc,GATA4,TSP1,β-甘油磷酸钠,地塞米松,维生素C,胰岛素,IBMX,吲哚美锌,血小板衍生生长因子BB(PDGF-BB),5-氮杂胞苷,或其任何组合;-与细胞迁移相关的细胞因子,例如环磷酸腺苷,三磷酸磷脂酰肌醇,基质细胞衍生因子-1,N-钙粘蛋白,核因子κB,骨连接素,血栓素A2,Ras,或其任何组合;和/或-与细胞新陈代谢相关的细胞因子,例如胰岛素生长因子1、TRIP-Br2、DKK-1、sRANKL、OPG、T...
【专利技术属性】
技术研发人员:康裕建,左潇,
申请(专利权)人:四川蓝光英诺生物科技股份有限公司,
类型:发明
国别省市:四川;51
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