CN101879097B - 一种软组织工程支架及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软组织工程支架及其制备工艺，以毫米级小球和薄膜利用卷曲或叠加工艺结合在一起构建细胞支架。小球和薄膜可以采用不同的生物材料制成，以便更好地发挥二者的不同作用。其中，薄膜是由一种具有与小球尺度和形状相适应的毫米级凹坑结构的弹性生物材料制成，用于放置小球；小球采用生物相容性好的材料制成。为了增加导通性，小球开有小孔，薄膜与小球接触点及凹坑与凹坑之间均开有小孔。小球和薄膜可以各自独立地与细胞复合在一起，形成细胞支架复合体，然后将小球逐个放入薄膜上的凹坑内，最后将薄膜卷曲或逐层叠加。薄膜之间夹着大量小球，复合体可以直接植入体内，也可以用于体外培养。

Description

一种软组织工程支架及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种软组织工程支架及其制造工艺，特别涉及一种由小球和薄膜卷曲或叠加在一起的支架及其成形方法。

背景技术

肝脏、胰脏和肾脏等内脏软组织移植是治疗各种慢性软组织疾病的有效手段，然而供体的匮乏一直制约着软组织移植。组织工程为体外培养活体软组织提供了可能，它有望实现内脏等软组织的工程化制造。然而软组织工程对支架结构有特定的要求：除了支架内应存在大量的内部管路外，还要求支架柔软有弹性，避免对内脏的损伤。此外，支架最好选择细胞外基质等材料。因此，如何制造这种独特结构的支架成为内脏软组织工程的关键问题之一。

传统的支架制造方法包括相分离法、冷冻法、致孔剂析孔法和发泡法等。但这些工艺可控性差，难以构建结构复杂、供多细胞生长的支架微观结构，更重要的是无法实现多种细胞在支架内的有序分布。

发明内容

为了克服传统支架及其成形方法的不足，本发明的目的在于提供一种内脏软组织工程支架与及其成形工艺。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种组织工程支架，该组织工程支架由小球和薄膜通过卷曲或叠加复合在一起构成，薄膜采用平面薄膜或立体薄膜，立体薄膜上制造有大量的凹坑，在凹坑底部和凹坑之间设置有孔洞，用于安置小球，所述的小球直径和凹坑直径为0.5～5mm，薄膜厚度0.1～2mm，孔洞直径0.1～5mm。

组织工程支架的制备方法，包括下列步骤：

1)首先将水凝胶、胶原、聚乳酸、壳聚糖、丝素蛋白、肝素之一或两者以上混合经过3～6h匀速搅拌后，制成液体、糊状或泥状的生物材料，其中，液体生物材料溶质的质量分数控制在10％以下，糊状或泥状生物材料动力粘度控制在60～80Pa·s；

2)制造毫米级小球和薄膜，若生物材料为液体，则用冷冻干燥方式成型小球和薄膜，生物材料若为糊状或泥状，则将3～5μl体积的生物材料压制成小球和薄膜，薄膜上制造有凹坑；

4)将小球装入薄膜上的凹坑内，然后将附着有小球的薄膜逐步卷起或叠加，形成小球、薄膜复合体软组织工程支架。

细胞和生长因子可在制备生物材料时混入小球材料中，或者在整个支架制得后再向支架内部注入。

所添加的细胞可以是血管内皮细胞、肝细胞、骨细胞、干细胞、永生化细胞、肿瘤细胞、幼鼠细胞或原代肝细胞。

所采用的生长因子包括肝细胞生长因子、促血管生长因子或骨细胞生长因子。

本创新技术与现有技术相比具有如下优点：

1.小球与薄膜都具有简单的结构，便于加工制作；小球与薄膜的卷曲或叠加操作过程也很简单。

2.小球与薄膜组合以后，很容易形成大量的空隙，便于营养物质进入支架内部交流。

3.小球与薄膜可以采用不同的材料、生长因子和细胞，便于针对不同的细胞、组织实现不同的功能。

附图说明

图1为具有用于放置微球的立体结构薄膜示意图；

图2为基于小球与薄膜的叠加结构示意图。

图3为基于小球与薄膜的卷曲结构示意图。

下面结合附图对本发明的内容做进一步的详细描述。

具体实施方式

一种软组织工程支架，该内脏软组织工程支架由小球和薄膜通过卷曲或叠加而构成。

小球由生物材料(如壳聚糖、丝素蛋白、胶原、水凝胶、聚乳酸或聚乳酸-聚羟基乙酸、肝素以及细胞、生长因子和其它抗凝血剂)等制成，也可由这些生物材料和细胞混合制成；小球可以手工制成也可以通过模具压制而成；

薄膜由生物材料(如丝素蛋白、壳聚糖、胶原、水凝胶、聚乳酸或聚乳酸-聚羟基乙酸、肝素以及和其它抗凝血剂)等构成，也可由这些生物材料构成薄膜后与细胞及生长因子通过浸润混合在一起。薄膜的材料须具有一定弹性和韧性，便于成形和保持支架的形状。

薄膜分为两种：一种是平面薄膜，一种是带凹坑的立体薄膜。平面薄膜的制备可以通过液体浇注在平底器皿上，液体蒸发晾干后即可形成；带有凹坑的立体薄膜则需通过模具浇注、蒸发晾干后形成。

所采用的细胞可以是血管内皮细胞、肝细胞、骨细胞、干细胞、永生化细胞、肿瘤细胞、幼鼠细胞、元代肝细胞等。

所采用的生长因子包括肝细胞生长因子、促血管生长因子、骨细胞生长因子等。

所述的小球直径和薄膜凹坑直径大小在0.5～5mm之间，薄膜厚度在0.1～2mm之间，小球内部管道直径是小球直径的1/4～2/3，薄膜上的小孔直径在0.1～5mm。

制作该支架的过程如下：

1)首先配制用于制造小球和薄膜的材料，用于制造小球和薄膜的混合材料应为液体或糊状或泥状。

2)通过模具或手工方法制造毫米级小球和薄膜，如果配置混合后的材料是液体状，可以利用模具浇注后冷冻而成形，如果配置混合后的材料是糊状或泥状，则可以利用模具压制而成。如果采用后冷冻成形，则细胞、生长因子等须在成形后再注入。

3)分别将小球装入薄膜上的凹坑内，然后逐步卷起形成细胞、生长因子和非生命的生物材料的复合体。细胞和生长因子也可以在生物材料构成的小球和薄膜卷曲或叠加后再注入。

首先配置用于制造小球和薄膜的材料。其中，用于制造小球的材料应具有良好的生物相容性，并且针对不同的组织工程所用到的细胞，可选用与之对应的最佳生物材料，从而为细胞提供最佳的生长环境，例如胶原或明胶等材料；用于制造薄膜的材料则应具备优良的塑性和韧性，能够精确成型并且承受较大变形，例如壳聚糖、丝素蛋白等材料。通过调整浓度各种材料或者它们的混合物调节其流动性，使之表现为液状、糊状或泥状。液状材料总的溶质质量分数需控制在10％以下以保证其流动性以及成型后的孔隙率；糊状或泥状材料则需3～6h匀速搅拌，使其完全混合均匀，动力粘度孔制造60～80Pa·s。

然后通过模具灌注或压制的方法制造毫米级的小球和薄膜。当所配材料为液状时，将其灌注入模具型腔，经过24h冷冻干燥成型后，再在小球支架中加入细胞和生长因子(预冻温度-20℃，真空度0.1MPa)；若材料为粘度较大的糊状或泥状，则将细胞或生长因子的材料按细胞生长的需求比例与生物材料均匀混合后，注入用于制造小球的模具型腔内，通过上下模具压制成型(压力控制在10-30N)。薄膜的制造方法与此类似，将材料填满下模具后，保证填充厚度超过实际所需薄膜厚度的2倍，再压入上模具成型。经过24h以上充分干燥后，脱模，取出薄膜支架。

制得的小球与薄膜分别如示意图2中3、4，所示。其中薄膜的结构如图1所示，包括背面凹坑(凸起)1，正面凹坑2，以及小孔3。凸起和凹坑的曲率与小球直径配合，可将小球在薄膜上均匀和稳固的放置，再通过叠加(图2)或卷曲(图3)的方式，使其成为薄膜与微球的立体复合细胞支架。用消毒后的手术线或其他材料捆绑固定外形。

该方式制得的细胞培养支架，可在不同层的小球上加入不同种类的细胞，实现多种细胞的复合培养。通过控制支架的外形尺寸，能够与不同生物反应器的内腔配合，从而适应各种灌流动态培养环境。薄膜与微球的组合方式，以及联通支架各层的结构2，能够提高支架的内部孔隙率，促进营养物质流动。并且可在支架中加入针对不同细胞种类的细胞生长因子，更加促进各种细胞的生长和功能表达。

Claims (2)

1.一种组织工程支架，其特征在于：该组织工程支架由具有生物活性的小球（3）和薄膜（4）通过卷曲或叠加复合在一起构成，薄膜采用立体薄膜，立体薄膜上制造有大量的凹坑（1），在凹坑底部和凹坑之间设置有孔洞（2），用于安置小球，所述的小球直径和凹坑（1）直径为0.5～5mm，薄膜（4）厚度0.1～2mm，孔洞（2）直径0.1～5mm。

2.实现权利要求1所述的组织工程支架的制备方法，包括下列步骤：

1）首先将水凝胶、胶原、聚乳酸、壳聚糖、丝素蛋白、肝素之一或两者以上混合经过3～6h匀速搅拌后，制成液体、糊状或泥状的生物材料，其中，液体生物材料溶质的质量分数控制在10%以下，糊状或泥状生物材料动力粘度控制在60~80Pa·s；

2）制造毫米级小球和薄膜，若生物材料为液体，则用冷冻干燥方式成型小球和薄膜，生物材料若为糊状或泥状，则将3～5μl体积的生物材料压制成小球和薄膜，薄膜上制造有凹坑；

3）将小球装入薄膜上的凹坑内，然后将附着有小球的薄膜逐步卷起或叠加，形成小球、薄膜复合体软组织工程支架。

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