CN104398320A - 一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法。本发明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。
Description
技术领域
本发明涉及喉损伤修复、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。
背景技术
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。
发明内容
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，本发明从细胞受控组装（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。
本发明的有益效果在于：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，故本发明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为本发明的流程图。
具体实施方式
以下结合图1对本发明作进一步说明。
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。
Claims (3)
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。
2.根据权利要求1所述的一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法，其特征在于：步骤2中选择导入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.根据权利要求1所述的一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法，其特征在于：步骤4中软骨细胞与细胞受控组装材料搅拌过程中加入生长因子促进细胞增殖。
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|---|---|
| CN (1) | CN104398320A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105056302A (zh) * | 2015-08-26 | 2015-11-18 | 上海市肺科医院 | 一种生物性复合人工气管的制备方法及其应用 |
| CN105107024A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-02 | 上海市肺科医院 | 一种制备生物性复合气管补片的方法及其应用 |
| CN106085847A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-09 | 清华大学 | 一种基于3d打印技术的支架内细胞种植平台及方法 |
| CN107134010A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-09-05 | 杭州电子科技大学 | 一种基于有限元的弹性软组织的形貌效果预测方法 |
| CN109550968A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-02 | 杭州电子科技大学 | 一种采用3d打印技术制备人体腰椎融合器的方法 |
| CN114642764A (zh) * | 2020-12-18 | 2022-06-21 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 骨组织工程分形状支架构建方法 |
| CN114699559A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-07-05 | 北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院） | 一种软骨支架的构建方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101322859A (zh) * | 2007-06-15 | 2008-12-17 | 上海国睿生命科技有限公司 | 一种组织工程气管移植物及其构建方法和用途 |
| CN101422634A (zh) * | 2008-05-13 | 2009-05-06 | 中国科学院化学研究所 | 一种输尿管支架及其制备方法 |
| CN201492543U (zh) * | 2008-11-17 | 2010-06-02 | 张湘民 | 高柔顺性软腭支撑体 |
| CN102271624A (zh) * | 2008-10-30 | 2011-12-07 | 伊西康公司 | 用于治疗阻塞性睡眠呼吸暂停症的植入系统和方法 |
| CN102316823A (zh) * | 2009-02-11 | 2012-01-11 | 新加坡南洋理工大学 | 多层外科用假体 |
| CN102599989A (zh) * | 2012-03-14 | 2012-07-25 | 北京航空航天大学 | 一种细胞三维受控组装机用多料源输送单喷嘴喷射装置 |
| CN102805675A (zh) * | 2012-08-13 | 2012-12-05 | 杭州电子科技大学 | 一种客户化人工喉的生物制造构建方法 |
| WO2014159722A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-10-02 | Carol Livermore-Clifford | Deterministic manufacturing process for creating 3d living tissues based on 2d directed assembly and origami techniques |
-
2014
- 2014-11-20 CN CN201410670158.XA patent/CN104398320A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101322859A (zh) * | 2007-06-15 | 2008-12-17 | 上海国睿生命科技有限公司 | 一种组织工程气管移植物及其构建方法和用途 |
| CN101422634A (zh) * | 2008-05-13 | 2009-05-06 | 中国科学院化学研究所 | 一种输尿管支架及其制备方法 |
| CN102271624A (zh) * | 2008-10-30 | 2011-12-07 | 伊西康公司 | 用于治疗阻塞性睡眠呼吸暂停症的植入系统和方法 |
| CN201492543U (zh) * | 2008-11-17 | 2010-06-02 | 张湘民 | 高柔顺性软腭支撑体 |
| CN102316823A (zh) * | 2009-02-11 | 2012-01-11 | 新加坡南洋理工大学 | 多层外科用假体 |
| CN102599989A (zh) * | 2012-03-14 | 2012-07-25 | 北京航空航天大学 | 一种细胞三维受控组装机用多料源输送单喷嘴喷射装置 |
| CN102805675A (zh) * | 2012-08-13 | 2012-12-05 | 杭州电子科技大学 | 一种客户化人工喉的生物制造构建方法 |
| WO2014159722A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-10-02 | Carol Livermore-Clifford | Deterministic manufacturing process for creating 3d living tissues based on 2d directed assembly and origami techniques |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105107024A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-02 | 上海市肺科医院 | 一种制备生物性复合气管补片的方法及其应用 |
| CN105107024B (zh) * | 2015-08-14 | 2018-01-02 | 上海市肺科医院 | 一种制备生物性复合气管补片的方法及其应用 |
| CN105056302A (zh) * | 2015-08-26 | 2015-11-18 | 上海市肺科医院 | 一种生物性复合人工气管的制备方法及其应用 |
| CN105056302B (zh) * | 2015-08-26 | 2017-12-26 | 上海市肺科医院 | 一种生物性复合人工气管的制备方法及其应用 |
| CN106085847A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-09 | 清华大学 | 一种基于3d打印技术的支架内细胞种植平台及方法 |
| CN106085847B (zh) * | 2016-06-20 | 2018-06-22 | 清华大学 | 一种基于3d打印技术的支架内细胞种植平台及方法 |
| CN107134010A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-09-05 | 杭州电子科技大学 | 一种基于有限元的弹性软组织的形貌效果预测方法 |
| CN109550968A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-02 | 杭州电子科技大学 | 一种采用3d打印技术制备人体腰椎融合器的方法 |
| CN114642764A (zh) * | 2020-12-18 | 2022-06-21 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 骨组织工程分形状支架构建方法 |
| CN114642764B (zh) * | 2020-12-18 | 2023-03-21 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 骨组织工程分形状支架构建方法 |
| CN114699559A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-07-05 | 北京大学第三医院（北京大学第三临床医学院） | 一种软骨支架的构建方法 |
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