利用大孔径平行聚己内酯电纺棉构建自体组织工程血管制造技术

本发明专利技术涉及一种大孔径平行聚己内酯(PCL)电纺棉，属于生物医学工程技术领域。本发明专利技术还提供该电纺棉制备的组织血管工程支架、组织工程血管。其优点表现在：(1)大孔径聚己内酯电纺棉具有良好的力学性能和细胞相容性，且有利于细胞快速长入；(2)最终得到的组织工程血管组织细胞和细胞外基质来源于自体，不产生免疫排斥反应；(3)平行排列的聚己内酯电纺棉纤维引导细胞和细胞外基质定向环形排列，能模拟天然血管的组织学构造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物医学工程
，具体地说，是利用大孔径平行聚己内酯电纺棉构建自体组织工程血管。
技术介绍
现有的几种血管移植替代物尚存在不具有生长性、或异体组织易导致免疫排斥反应等缺陷。因此，构建具备生长性，且有自体组织或细胞的新型组织工程血管具有重要意义。一般地，构建组织工程血管首先需要解决三个问题：(1)组织支架，(2)种子细胞来源和(3)组织构建方法。“组织支架”是细胞赖以粘附和生长的环境。由于人工构建的组织在形成初期尚缺乏植入细胞分泌的细胞外基质，因此需要人为地为细胞提供附着的支架；从另一方面讲，组织支架还决定了所构建组织的最终形态、种子细胞的选择及定植方法，因此，制备出合适的组织支架是组织工程血管构建成功的关键。在各种组织工程血管支架制备方法中，较普遍采用的是利用静电纺技术制备出的纤维支架。将亲细胞、可生物降解的高分子聚合材料，如聚己内酯(PCL)，聚乳酸(PLA)等配制成一定浓度的溶液，装入连接有微泵的注射器。从注射器针头挤出的聚合物溶液在电场力的作用下会拉成细丝，并以一定的方式聚集于接收装置，最终得到静电纺纤维支架。之前，专利技术人已就静电纺纤维膜在构建组织工程血管中的应用进行了探索，并建立了一种组织工程血管构建方法：即以平滑肌，一种广泛存在于大中血管中膜层的细胞作为种子细胞；将平滑肌细胞在体外预先种植在纳米纤维电纺膜上，待细胞在其表面粘附生长后，卷曲缠绕于圆柱管，再移植到动物皮下形成血管状组织。由于该方法类似“三明治”的制作过程，因此也被称为“三明治夹心法”。之所以采用这种“种子细胞体外种植-卷曲包裹-皮下移植”的构建方式的原因是，我们先前研制出的纳米级静电纺纤维直径细小、纤维之间排列致密紧实，因此直接皮下移植或血管原位移植后自体细胞难以长入电纺膜内部并实现电纺膜的组织化——这与Gore-Tex管道或牛颈静脉管道移植后的结果无太大差别。然而，这还带来了另外的问题：(1)种子细胞体外分离、培养扩增的过程复杂，极易发生细胞污染、老化；(2)结合“三明治法”将载有种子细胞电纺膜卷曲移植后，种子细胞首先需要克服皮下营养不足的环境，这带来了构建成功率低的问题；(3)体外种植细胞还容易发生细胞流失。因此，利用上述“三明治法”较难构建出满意的组织工程血管。图1展示了一例“三明治法”组织工程血管构建失败的案例，可见分层的、未组织化的材料。因此，需要从根本上改进静电纺支架的性质。本专利技术希望解决传统方法纺出的静电纺纳米纤维膜细密紧实，细胞不易长入的问题。以PCL为基本原料的大孔径、粗纤维PCL电纺棉及其在自体组织工程血管中的应用目前还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有静电纺纤维膜(即传统“电纺膜”)技术中的不足，提供一种电纺棉。本专利技术的再一的目的是，提供一种电纺棉的应用。本专利技术的另一的目的是，提供一种组织工程支架的应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种用于制备组织工程血管的电纺棉，所述的电纺棉为聚己内酯电纺棉。所述的电纺棉为大孔径平行聚己内酯电纺棉，电纺棉的孔径为20μm～100μm。所述的电纺棉为30～40％的聚己内酯的三氟乙醇溶液通过静电纺丝获得的电纺棉。所述的电纺棉通过如下方法制得：配置质量体积比为35％的聚己内酯的三氟乙醇溶液，然后以镂空的滚筒为收集装置进行静电纺丝，在短距离接收条件下获得电纺棉。为实现上述第二个目的，本专利技术采取的技术方案是：所述的电纺棉在制备组织工程血管的支架的应用。一种组织工程血管支架，所述的组织工程血管支架为利用电纺棉构建的管状支架。所述的电纺棉为大孔径平行聚己内酯电纺棉。所述的组织工程血管支架的制备方法为：以圆柱体为内支撑，将大孔径聚己内酯电纺棉沿同一方向包绕于圆柱体表面，制成组织工程血管支架。所述的组织工程血管支架的制备方法为：配置质量体积比为35％的聚己内酯的三氟乙醇溶液，然后以镂空四骨架滚筒为收集装置进行静电纺丝获得电纺棉，以橡胶圆柱管为内支撑将电纺棉沿同一方向包绕于橡胶圆柱管表面，制成组织工程血管支架。为实现上述第三个目的，本专利技术采取的技术方案是：所述的组织工程血管支架在制备组织工程血管中的应用。本专利技术优点在于：1、大孔径聚己内酯电纺棉具有良好的力学性能和细胞相容性，且有利于细胞快速长入。2、最终得到的组织工程血管组织细胞和细胞外基质来源于自体，不产生免疫排斥反应。3、平行排列的聚己内酯电纺棉纤维引导细胞和细胞外基质定向环形排列，能模拟天然血管的组织学构造。附图说明附图1：以传统电纺膜为支架材料，通过“三明治”法构建组织工程血管。利用明胶/PCL(50:50,m/m)纳米纤维电纺膜作为血管支架，以骨髓间充质干细胞为种子细胞，在体外将骨髓间充质干细胞种植于电纺膜，并卷曲缠绕于圆柱管上(“三明治法”)，再移植到裸鼠皮下构建组织工程血管。移植9个月后取材依然可见层叠的明胶/PCL电纺膜(B)，表明电纺膜未降解、组织形成差。组织切片HE染色(A，C和D)可见6层电纺膜相互分离，中间几乎没有细胞长入。最外层的电纺膜在对称的两个部位有少量细胞长入(图A黑色星号标记区域)，分别为皮下紧贴皮肤和紧贴体壁的区域。由于这些部位血供充足，促进了细胞长入和部分移植细胞的存活。C图放大显示细胞长入电纺膜的区域(对应A图实线方框部位)；D图放大显示电纺膜细胞长入交界区域(对应A图虚线方框区域)。E图为细胞长入电纺膜区域的Masson染色，仅见下层少量蓝染的胶原纤维。外层蓝染部位为取材时未除尽的组织表面疏松结缔组织。红色箭头指示第二层电纺膜下尚残留的种子细胞核。标尺：A＝1.0mm；C-E＝100μm。附图2：静电纺PCL纤维膜(棉)的制备及其形态。10％PCL电纺丝用表面贴附有铝箔的滚筒装置接收最终得到细密的电纺丝(A)。电纺丝间紧密排列成PCL电纺膜(B)。透光可见PCL电纺膜细密紧实的结构，肉眼难以观察到纤维质地(C)。35％PCL电纺丝用镂空装置接收后可得到排列取向一致的粗纤维(D)。这种纤维多层叠加后可得到结构疏松的PCL电纺棉(E)，透光可见定向排列的粗纤维(F)。附图3：PCL电纺膜(棉)扫描电子显微镜观察。传统PCL纳米纤维电纺膜(对照)及大孔径PCL电纺棉(本专利技术)扫描电子显微镜图。在相同放大倍率条件下，PCL电纺膜纤维细小，纤维之间留出的孔洞很小(A，B)；而PCL电纺棉纤维粗，纤维之间形成的孔洞大(B，D)。标尺：A,C＝100μm；B,D＝10μm。附图4：静电纺纤维的排列及直径分布特征。应用ImageJ图像分析软件测量电镜图片中150根纤维相对平面坐标x轴的成角及纤维直径(A，B)。PCL纳米纤维电纺膜(对照)的平均直径约0.67±0.34μm，而大孔径PCL电纺棉(本专利技术)的直径约3.90±1.85μm，其纤维直径的频数分布图分别为C和D。附图5：PCL电纺膜(棉)的力学性能。材料在不同方向上收到拉力时具有不同的形态特征，也具有不同的可拉伸长度(紧实PCL电纺膜：A和B，大孔径PCL电纺棉：C和D)。用拉力机测量材料的在收到拉力条件时的受力情况，其单位面积上的受力用MPa为单位，相对测量前的原始长度变化用百分数表示，得到两种材料在顺纤维方向(E)和垂直纤维方向(F)的拉力-拉伸比例曲线。杨氏模量是评价材料顺应性的指标，即受力-拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备组织工程血管的电纺棉，其特征在于，所述的电纺棉为聚己内酯电纺棉。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备组织工程血管的电纺棉，其特征在于，所述的电纺棉为聚己内酯电纺棉。2.根据权利要求1所述的电纺棉，其特征在于，所述的电纺棉为大孔径平行聚己内酯电纺棉，电纺棉的孔径为20μm～100μm。3.根据权利要求1所述的电纺棉，其特征在于，所述的电纺棉为30～40％的聚己内酯的三氟乙醇溶液通过静电纺丝获得的电纺棉。4.根据权利要求3所述的电纺棉，其特征在于，所述的电纺棉通过如下方法制得：配置质量体积比为35％的聚己内酯的三氟乙醇溶液，然后以镂空的滚筒为收集装置进行静电纺丝，获得电纺棉。5.根据权利要求1-4任一所述的电纺棉在制备组织工程血管的支架的应用。6.一种组织工程血管支架，其特征在于，所述的组织工程血管支架为利用电纺棉构...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，张磊，冯蓓，白洁，唐梓清，付炜，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心，
类型：发明
国别省市：上海;31