CN107669372A - 一种具有可降解性的生物体内组织工程室及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有可降解性的生物体内组织工程室及其制备方法。所述工程室包括管型腔体和置于管型腔体两端口的左、右圆形挡盖，在管型腔体沿着轴向剪开形成一个血管嵌入口，两个圆饼型挡盖通过缝合的方式与管型腔体连接，缝合好之后，在两个圆饼型挡盖上对应开设有血管穿出口。所述管型腔体材料和圆形挡盖材料是由浓度为2‑4wt％的胶原蛋白溶液与0.1‑0.4wt％的氧化石墨烯溶液按照质量比1：1‑2混合配制而成。本发明的结构简单，在置入生物体内后不需要二次剥离取出室壁，可形成一体化的组织工程移植物。

Description

一种具有可降解性的生物体内组织工程室及其制备方法
技术领域
本发明属于组织工程领域，具体涉及一种在生物体内构建的具有高生物相容性和可降解性的组织工程室及其制备方法。
背景技术
组织工程是利用种子细胞、支架材料及生长信息三个要素，在体内或体外构建组织和器官的学科。常在体外构建细胞材料复合物，使用不同的生长信息使种子细胞向预构建组织方向分化后构建出再生组织，再将再生组织移植入组织缺损处。
组织工程室模型是在动物体内使用具有一定硬度的材料隔离出一个空间，其内可以放入细胞和支架材料或待培养组织，也可以通过预埋穿支血管或动静脉环路进行血管化。组织工程室的外层室壁能够降低结缔组织占位和炎症因子对移植物的影响，体内组织液的渗透使得该模型能够为室内的细胞和组织提供体内的生理微环境，以促进其存活和增殖。现有的组织工程室壁材料主要有两大类，硅胶和塑料，虽然能够支持多种细胞和组织存活，但也存在下列不足：(1)现有组织工程室的室壁采用不可降解的材料，模型构建成功后，还需要将室壁二次取出，如2016年进行的临床研究，在乳房切除术患者胸壁埋入多孔组织工程室，将体积约30ml的带血管蒂脂肪移植入组织工程室内，半年后，脂肪体积增加至200ml，该患者进行了二次手术以取出塑料组织工程室；(2)现有组织工程室的室壁生物相容性欠佳，移植入体内后常形成较厚的包膜，异物反应重；(3)现有组织工程室的室壁为无机材料，对其内移植物没有诱导分化和促进存活的作用。
发明内容
本发明根据现有技术的不足，提供一种具有高生物相容性和可降解性的组织工程室及其制备方法，该生物工程室容量大、缝合方便，并能很好的将血管包覆，其材料采用可降解材料，具有高度生物相容性，包膜形成少，异物反应轻，具有支持其中细胞生长和诱导分化的作用。
本发明提供的技术方案：所述一种具有可降解性的生物体内组织工程室，其特征在于：所述工程室包括管型腔体和置于管型腔体两端口的左、右圆形挡盖，所述左、右圆形挡盖嵌入管型腔体的两端口，其边缘与管型腔壁通过缝合的方式连接，且连接后的左、右圆形挡盖将管型腔体的两端口完全遮挡形成一个完整的圆柱形腔体；在管型腔体的腔壁上沿轴向开设有血管嵌入口，在左、右圆形挡盖对应血管嵌入口的位置分别开设有血管穿出口；在工程室置于生物体时，生物体内的在体血管通过血管嵌入口嵌入管型腔体内，两端通过左、右圆形挡盖上的血管穿出口穿出，并通过缝合的方式将血管嵌入口封闭将在体血管完全包绕在管型腔体内；所述管型腔体和左、右圆形挡盖采用同一种可降解生物材料制成，可采用直接购买的材料或是自己配制的材料制备。
本发明较优的技术方案：所述工程室的室内0.3-15ml，室内直径0.6-3cm，室长度1-2cm。
本发明较优的技术方案：所述左、右圆形挡盖上的血管穿出口为以挡盖中心为圆形的扇形结构，其夹角为2-20°。
本发明较优的技术方案：所述左、右圆形挡盖与管型腔体的缝合线以及管型腔体的血管嵌入口的缝合线均采用可降解缝合线。
本发明较优的技术方案：所述左、右圆形挡盖的外径与管型腔体的内径相等。
本发明提供的一种具有可降解性的生物体内组织工程室的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)取一定质量的胶原蛋白溶解到浓度为0.05M/L的乙酸溶液中，并搅拌使其充分溶解，配置成浓度为2-4wt％的胶原蛋白溶液；
(2)取一定质量的氧化石墨烯与去离子水混合，使用超声细胞粉碎机超声30-40分钟辅助溶解，配置成浓度为0.1-0.4wt％的氧化石墨烯溶液；
(3)将步骤(1)中配制的浓度为2-4wt％的胶原蛋白溶液与步骤(2)中配制的0.1-0.4wt％的氧化石墨烯溶液按照质量比1：1-2混合，并使用超声波细胞粉碎机，在冰浴下超声30-40分钟使混合液变为均质状，再将混合液放入37℃水浴锅中复温；
(4)准备管型材料成型模具和圆饼型材料的成型模具，将步骤(3)中复温的溶液分别放入模具中，并将材料及模具整体放入-20℃冰箱预冻24h-30h，然后转入冻干机在-50℃条件下冻干24h-30h，成型后将模具拆除，制备成一个管型材料和两个饼型材料，且两个圆饼型材料的外径与管型材料的内径相等；
(5)在材料成型后，现场配制交联液，先向无水乙醇中加入EDC(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)，其EDC的添加量为每毫升无水乙醇中添加5-10mg的EDC，然后再按照EDC：NHS＝5:2的质量比加入NHS(N-羟基琥珀酰亚胺)，配制得到交联液；
(6)将步骤(4)中冻干过一次的一个管型材料和两个饼型材料浸泡在步骤(5)中配制的交联液中12h-20h，然后取出材料，采用蒸馏水清洗4-6遍，然后置于-20℃条件下预冻24h-30h，再转入冻干机内在-50℃条件下再次冻干24h-30h，制得成品管型腔体及两个圆饼型挡盖；
(7)在步骤(6)中成型的管型腔体沿着轴向剪开形成一个血管嵌入口，将两个圆饼型挡盖嵌入管型腔体两端口，并通过缝合的方式与管型腔体连接，缝合好之后，在两个圆饼型挡盖上对应开设有血管穿出口，并确保两个圆饼型挡盖上的血管穿出口开口方向与管型腔体上的血管嵌入口在同一直线上，制备成半封闭圆柱状组织工程室。
本发明较优的技术方案：管型材料成型模具是由圆柱形外壳和置于圆柱形外壳中心位置圆柱体组成，并在中心圆柱体的外壁与圆柱形外壳内壁之间形成一个高度为1-2cm的环形腔体，其中间圆柱体的直径为0.6-3cm；所述圆饼型材料的成型模具为内腔直径0.6-3cm、高度为1-2mm的上敞口式中空圆柱形腔体。
本发明较优的技术方案：所制备的工程室的室内0.3-15ml，室内直径0.6-3cm，室长度1-2cm。
本发明较优的技术方案：所述步骤(7)中的两个圆饼型挡盖与管型腔体采用PGA材料可吸收缝合线或胶原蛋白可降解缝合线缝合。
本发明较优的技术方案：所述步骤(2)中的超声功率为200W-1000W；所述步骤(3)中的超声功率为200-400W。
本发明中的管型腔体和左、右圆形挡盖采用的可降解生物材料可以是以胶原蛋白、明胶等可降解细胞外基质成分，添加氧化石墨烯、羟基磷灰石、壳聚糖等成分以提高基质材料硬度，均匀混合后放入模具中冻干，制备出多孔的高生物相容性可降解材料。
本发明的工作原理为：组织工程室可以通过手术放置在动物或人体皮下，室内可以预埋一段在体血管，再向室内放入种子细胞和支架或者组织块等。由于在体血管会以出芽方式在室内形成新生血管、组织液会从材料表面孔隙中渗入室内，都能为室内移植物提供养分，其内的细胞和组织能够得较好的存活。
本发明的结构简单，可以很好的置入生物体内，并能将血管包绕，在置入生物体内后不需要二次剥离取出室壁，可形成一体化的组织工程移植物；而且采用的材料具有高度生物相容性，包膜形成少，异物反应轻，具有支持其中细胞生长和诱导分化的作用。
附图说明
图1是本发明的未置入时的结构示意图；
图2是本发明的挡盖与管型腔体缝合的结构示意图；
图3是本发明置于生物体内的结构示意图；
图4是本发明中管型腔体材料的制备模具结构示意图；
图5是本发明中圆饼型材料的制备模具结构示意图；
图6是本发明中的工程室刚放置在动物体内效果图；
图7是本发明中的工程室置于动物体内4周后效果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1至图3所示的一种具有可降解性的生物体内组织工程室，其特征在于：所述工程室包括管型腔体1和置于管型腔体1两端口的左、右圆形挡盖2、3，所述左、右圆形挡盖2、3的外径与管型腔体1的内径相等，左、右圆形挡盖2、3嵌入管型腔体1的两端口，其边缘与管型腔壁通过缝合的方式连接，且连接后的左、右圆形挡盖2、3将管型腔体1的两端口完全遮挡形成一个完整的圆柱形腔体；所述工程室的室内0.3-15ml，室内直径0.6-3cm，室长度1-2cm。
如图1和图2所示，在管型腔体1的腔壁上沿轴向开设有血管嵌入口4，在左、右圆形挡盖2、3对应血管嵌入口4的位置分别开设有血管穿出口5；在工程室置于生物体时，所述左、右圆形挡盖2、3上的血管穿出口5为以挡盖中心为圆形的扇形结构，其夹角为2-20°。如图3所示，生物体内的在体血管6通过血管嵌入口4嵌入管型腔体1内，两端通过左、右圆形挡盖2、3上的血管穿出口5穿出，并通过缝合的方式将血管嵌入口4封闭将在体血管6完全包绕在管型腔体1内；所述管型腔体1和左、右圆形挡盖2、3采用同一种可降解生物材料制成。所述左、右圆形挡盖2、3与管型腔体1的缝合线以及管型腔体1的血管嵌入口4的缝合线均采用可降解缝合线。
本发明实施例1至实施例3中的管型材料成型模具如图4所示，是由圆柱形外壳和置于圆柱形外壳中心位置圆柱体组成，并在中心圆柱体的外壁与圆柱形外壳内壁之间形成一个高度为1-2cm的环形腔体，其中间圆柱体的直径为0.6-3cm；所述圆饼型材料的成型模具如图5所示，为内腔直径0.6-3cm、高度为1-2mm的上敞口式中空圆柱形腔体。
实施例1：一种制备具有可降解性的生物体内组织工程室的制方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)取一定质量的胶原蛋白溶解到浓度为0.05M/L的乙酸溶液中，并搅拌使其充分溶解，配置成浓度为4wt％的胶原蛋白溶液；
(2)取一定质量的氧化石墨烯与去离子水混合，使用超声细胞粉碎机在超声功率为800W超声30分钟辅助溶解，配置成浓度为0.4wt％的氧化石墨烯溶液；
(3)将步骤(1)中配制的浓度为4wt％的胶原蛋白溶液与步骤(2)中配制的0.4wt％的氧化石墨烯溶液按照质量比1：1混合，并使用超声波细胞粉碎机，在冰浴下超声30分钟使混合液变为均质状，其超声功率为400W，再将混合液放入37℃水浴锅中复温；
(4)准备管型材料成型模具和圆饼型材料的成型模具，将步骤(3)中复温的溶液分别放入模具中，并将材料及模具整体放入-20℃冰箱预冻24h，然后转入冻干机在-50℃条件下冻干24h，成型后将模具拆除，制备成一个管型材料和两个饼型材料，且两个圆饼型材料的外径与管型材料的内径相等；
(5)在材料成型后，现场配制交联液，先向无水乙醇中加入EDC，其EDC的添加量为每毫升无水乙醇中添加5-10mg的EDC，然后再按照EDC：NHS＝5:2的质量比加入NHS，配制得到交联液；
(6)将步骤(4)中冻干过一次的一个管型材料和两个饼型材料浸泡在步骤(5)中配制的交联液中大于12h，然后取出材料，采用蒸馏水清洗5遍，然后置于-20℃条件下预冻24h，再转入冻干机内在-50℃条件下再次冻干24h，制得成品管型腔体及两个圆饼型挡盖；
(7)在步骤(6)中成型的管型腔体沿着轴向剪开形成一个血管嵌入口，将两个圆饼型挡盖嵌入管型腔体两端口，并通过缝合的方式与管型腔体连接，缝合好之后，在两个圆饼型挡盖上对应开设有血管穿出口，并确保两个圆饼型挡盖上的血管穿出口开口方向与管型腔体上的血管嵌入口在同一直线上，制备成半封闭圆柱状组织工程室，所制备的工程室的室内0.3-15ml，室内直径0.6-3cm，室长度1-2cm。
实施例2.一种具有可降解性的生物体内组织工程室的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)取一定质量的胶原蛋白溶解到浓度为0.05M/L的乙酸溶液中，并搅拌使其充分溶解，配置成浓度为2wt％的胶原蛋白溶液；
(2)取一定质量的氧化石墨烯与去离子水混合，使用超声细胞粉碎机在超声功率为500W的条件下超声35分钟辅助溶解，配置成浓度为0.1wt％的氧化石墨烯溶液；
(3)将步骤(1)中配制的浓度为2wt％的胶原蛋白溶液与步骤(2)中配制的0.1wt％的氧化石墨烯溶液按照质量比1：2混合，并使用超声波细胞粉碎机，在冰浴下超声35分钟使混合液变为均质状，其超声功率为200W，再将混合液放入37℃水浴锅中复温；
(4)准备管型材料成型模具和圆饼型材料的成型模具，将步骤(3)中复温的溶液分别放入模具中，并将材料及模具整体放入-20℃冰箱预冻28h，然后转入冻干机在-50℃条件下冻干28h，成型后将模具拆除，制备成一个管型材料和两个饼型材料，且两个圆饼型材料的外径与管型材料的内径相等；
(5)在材料成型后，现场配制交联液，先向无水乙醇中加入EDC，其EDC的添加量为每毫升无水乙醇中添加5-10mg的EDC，然后再按照EDC：NHS＝5:2的质量比加入NHS，配制得到交联液；
(6)将步骤(4)中冻干过一次的一个管型材料和两个饼型材料浸泡在步骤(5)中配制的交联液中15h，然后取出材料，采用蒸馏水清洗4遍，然后置于-20℃条件下预冻28h，再转入冻干机内在-50℃条件下再次冻干28h，制得成品管型腔体及两个圆饼型挡盖；
(7)在步骤(6)中成型的管型腔体沿着轴向剪开形成一个血管嵌入口，将两个圆饼型挡盖嵌入管型腔体两端口，并通过缝合的方式与管型腔体连接，缝合好之后，在两个圆饼型挡盖上对应开设有血管穿出口，并确保两个圆饼型挡盖上的血管穿出口开口方向与管型腔体上的血管嵌入口在同一直线上，制备成半封闭圆柱状组织工程室；所制备的工程室的室内0.3-15ml，室内直径0.6-3cm，室长度1-2cm。
实施例3.一种具有可降解性的生物体内组织工程室的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)取一定质量的胶原蛋白溶解到浓度为0.05M/L的乙酸溶液中，并搅拌使其充分溶解，配置成浓度为4wt％的胶原蛋白溶液；
(2)取一定质量的氧化石墨烯与去离子水混合，使用超声细胞粉碎机超声40分钟辅助溶解，配置成浓度为0.4wt％的氧化石墨烯溶液；
(3)将步骤(1)中配制的浓度为4wt％的胶原蛋白溶液与步骤(2)中配制的0.4wt％的氧化石墨烯溶液按照质量比1：1.5混合，并使用超声波细胞粉碎机，在冰浴下超声40分钟使混合液变为均质状，再将混合液放入37℃水浴锅中复温；
(4)准备管型材料成型模具和圆饼型材料的成型模具，将步骤(3)中复温的溶液分别放入模具中，并将材料及模具整体放入-20℃冰箱预冻30h，然后转入冻干机在-50℃条件下冻干30h，成型后将模具拆除，制备成一个管型材料和两个饼型材料，且两个圆饼型材料的外径与管型材料的内径相等；
(5)在材料成型后，现场配制交联液，先向无水乙醇中加入EDC，其EDC的添加量为每毫升无水乙醇中添加5-10mg的EDC，然后再按照EDC：NHS＝5:2的质量比加入NHS，配制得到交联液；
(6)将步骤(4)中冻干过一次的一个管型材料和两个饼型材料浸泡在步骤(5)中配制的交联液中20h，然后取出材料，采用蒸馏水清洗4-6遍，然后置于-20℃条件下预冻30h，再转入冻干机内在-50℃条件下再次冻干30h，制得成品管型腔体及两个圆饼型挡盖；
(7)在步骤(6)中成型的管型腔体沿着轴向剪开形成一个血管嵌入口，将两个圆饼型挡盖嵌入管型腔体两端口，并通过缝合的方式与管型腔体连接，缝合好之后，在两个圆饼型挡盖上对应开设有血管穿出口，并确保两个圆饼型挡盖上的血管穿出口开口方向与管型腔体上的血管嵌入口在同一直线上，制备成半封闭圆柱状组织工程室。
本发明将实施例1中制备的半封闭圆柱状组织工程室通过无菌外科手术可以将此组织工程室放入小白鼠体内，可以游离一段在体血管直接放入组织工程室内，也可以将一段动静脉环路吻合后放入组织工程室内，组织工程室内也可以不放置血管。再将预构建组织放入组织工程室内，然后将组织工程室的血管嵌入口4采用可降解线缝合，其刚置入小白鼠体内时，其效果图，如图6所示；在置入四周之后，，对动物取材进行观察，具体如图7所示，置入小白鼠体内的可降解材料制备的组织工程室维持植入前的形态，表面形成一层很薄的包膜，埋入的血管血运良好。说明组织工程室可以使用可降解材料制备，并且生物相容性较好，具备隔离周围组织占位效应的能力，有望在组织工程领域广泛应用。

Claims (10)

1.一种具有可降解性的生物体内组织工程室，其特征在于：所述工程室包括管型腔体(1)和置于管型腔体(1)两端口的左、右圆形挡盖(2、3)，所述左、右圆形挡盖(2、3)嵌入管型腔体(1)的两端口，其边缘与管型腔壁通过缝合的方式连接，且连接后的左、右圆形挡盖(2、3)将管型腔体(1)的两端口完全遮挡形成一个完整的圆柱形腔体；在管型腔体(1)的腔壁上沿轴向开设有血管嵌入口(4)，在左、右圆形挡盖(2、3)对应血管嵌入口(4)的位置分别开设有血管穿出口(5)；在工程室置于生物体时，生物体内的在体血管(6)通过血管嵌入口(4)嵌入管型腔体(1)内，两端通过左、右圆形挡盖(2、3)上的血管穿出口(5)穿出，并通过缝合的方式将血管嵌入口(4)封闭将在体血管(6)完全包绕在管型腔体(1)内；所述管型腔体(1)和左、右圆形挡盖(2、3)采用同一种可降解生物材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种具有可降解性的生物体内组织工程室，其特征在于：所述工程室的室内0.3-15ml，室内直径0.6-3cm，室长度1-2cm。
3.根据权利要求1所述的一种具有可降解性的生物体内组织工程室，其特征在于：所述左、右圆形挡盖(2、3)上的血管穿出口(5)为以挡盖中心为圆形的扇形结构，其夹角为2-20°。
4.根据权利要求1所述的一种具有可降解性的生物体内组织工程室，其特征在于：所述左、右圆形挡盖(2、3)与管型腔体(1)的缝合线(7)以及管型腔体(1)的血管嵌入口(4)的缝合线均采用可降解缝合线。
5.根据权利要求1所述的一种具有可降解性的生物体内组织工程室，其特征在于：所述左、右圆形挡盖(2、3)的外径与管型腔体(1)的内径相等。
6.一种权利要求1中所述的具有可降解性的生物体内组织工程室的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)取一定质量的胶原蛋白溶解到浓度为0.05M/L的乙酸溶液中，并搅拌使其充分溶解，配置成浓度为2-4wt％的胶原蛋白溶液；
(2)取一定质量的氧化石墨烯与去离子水混合，使用超声细胞粉碎机超声30-40分钟辅助溶解，配置成浓度为0.1-0.4wt％的氧化石墨烯溶液；
(3)将步骤(1)中配制的浓度为2-4wt％的胶原蛋白溶液与步骤(2)中配制的0.1-0.4wt％的氧化石墨烯溶液按照质量比1：1-2混合，并使用超声波细胞粉碎机，在冰浴下超声30-40分钟使混合液变为均质状，再将混合液放入37℃水浴锅中复温；
(4)准备管型材料成型模具和圆饼型材料的成型模具，将步骤(3)中复温的溶液分别放入模具中，并将材料及模具整体放入-20℃冰箱预冻24h-30h，然后转入冻干机在-50℃条件下冻干24h-30h，成型后将模具拆除，制备成一个管型材料和两个饼型材料，且两个圆饼型材料的外径与管型材料的内径相等；
(5)在材料成型后，现场配制交联液，先向无水乙醇中加入EDC，其EDC的添加量为每毫升无水乙醇中添加5-10mg的EDC，然后再按照EDC：NHS＝5:2的质量比加入NHS，配制得到交联液；
(6)将步骤(4)中冻干过一次的一个管型材料和两个饼型材料浸泡在步骤(5)中配制的交联液中12h-20h，然后取出材料，采用蒸馏水清洗4-6遍，然后置于-20℃条件下预冻24h-30h，再转入冻干机内在-50℃条件下再次冻干24h-30h，制得成品管型腔体及两个圆饼型挡盖；
(7)在步骤(6)中成型的管型腔体沿着轴向剪开形成一个血管嵌入口，将两个圆饼型挡盖嵌入管型腔体两端口，并通过缝合的方式与管型腔体连接，缝合好之后，在两个圆饼型挡盖上对应开设有血管穿出口，并确保两个圆饼型挡盖上的血管穿出口开口方向与管型腔体上的血管嵌入口在同一直线上，制备成半封闭圆柱状组织工程室。
7.根据权利要求6所述的具有可降解性的生物体内组织工程室的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中的管型材料成型模具是由圆柱形外壳和置于圆柱形外壳中心位置圆柱体组成，并在中心圆柱体的外壁与圆柱形外壳内壁之间形成一个高度为1-2cm的环形腔体，其中间圆柱体的直径为0.6-3cm；所述圆饼型材料的成型模具为内腔直径0.6-3cm、高度为1-2mm的上敞口式中空圆柱形腔体。
8.根据权利要求6所述的具有可降解性的生物体内组织工程室的制备方法，其特征在于：所制备的工程室的室内0.3-15ml，室内直径0.6-3cm，室长度1-2cm。
9.根据权利要求6所述的具有可降解性的生物体内组织工程室的制备方法，其特征在于：所述步骤(7)中的两个圆饼型挡盖与管型腔体采用PGA材料可吸收缝合线或胶原蛋白可降解缝合线缝合。
10.根据权利要求6所述的具有可降解性的生物体内组织工程室的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的超声功率为200W-1000W；所述步骤(3)中的超声功率为200-400W。
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