CN108434519A - 组织工程脱细胞血管支架的制备方法 - Google Patents

组织工程脱细胞血管支架的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于医疗器械领域,具体涉及一种组织工程脱细胞血管支架的制备方法。包括下述步骤:1)纺丝纤维骨架的制备;在接收器上通过纺丝技术绕设纺丝纤维,纺丝纤维上下交错成筒状结构;2)将步骤1)得到的纺丝纤维骨架植入动物皮下,最终形成一个由宿主细胞及细胞外基质包裹的组织工程化血管支架;3)移除接收器,并对步骤2)得到的组织工程化血管支架进行脱细胞。本申请通过将构建的纤维骨架移入动物皮下,使其在宿主动物体内构建由免疫机制引起的迁移细胞形成的组织支架血管,然后进行脱细胞处理,既保留了网状支架以改善血管力学性能,又降低移植后的免疫反应,并且充分利用了细胞外基质提供细胞再生的良好环境。

Description

组织工程脱细胞血管支架的制备方法
技术领域
本发明属于医疗器械领域,具体涉及一种组织工程脱细胞血管支架的制备方法。
背景技术
心血管疾病是人类健康的第一杀手,其中半数以上患者治疗的首选是血管移植,但由于部分患者受自身血管来源的限制而难以实施。异体或异种血管曾经作为自体血管的替代物,用于修复病变或缺失的血管,但潜在的疾病传播风险、急性免疫排斥反应及有限的供体来源又限制了其在移植中应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷,提供一种组织工程脱细胞血管支架的制备方法。
本发明为实现上述目的,采用以下技术方案:
一种组织工程脱细胞血管支架的制备方法,包括下述步骤:
1)纺丝纤维骨架的制备;在接收器上通过纺丝技术绕设纺丝纤维,纺丝纤维上下交错成筒状结构;
2)将步骤1)得到的纺丝纤维骨架植入动物皮下部位2周到3个月,宿主启动免疫包裹反应机制并使宿主细胞向纺丝纤维骨架迁移,最终形成一个由宿主细胞及细胞外基质包裹的组织工程化血管支架;
3)移除接收器,并对步骤2)得到的组织工程化血管支架进行脱细胞,最终得到由聚合物纤维骨架支撑的脱细胞基质血管支架。
相邻纺丝纤维间纵向的夹角为α;30°≤α≤130°;纺丝纤维的直径为5-200μm;所述的筒状结构的壁厚为40-1000μm,内径为2-20mm。30°≤α<45°;45°<α≤130°;
筒状结构的壁厚为40-600μm,内径为2mm-20mm。
筒状结构的壁厚为600-1000μm,内径为2mm-20mm。
筒状结构的壁厚为600μm,内径为2mm,α=45。
所述的纺丝纤维由生物可降解高分子为原料制得,所述的生物可降解高分子为聚己内酯、丙交酯-己内酯聚合物、聚乙醇酸、聚乳酸、聚羟基脂肪酸、聚氨酯、聚对二氧环己酮、乳酸-乙醇酸聚合物中的一种或几种混合。
所述的纺丝技术可以为熔融纺丝、静电纺丝、湿法纺丝,或3D打印纺丝的一种。
所述的接收器为医用硅胶管、不锈钢棒或者尼龙棒的一种或者多种组合。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本申请通过将构建的纤维骨架移入动物皮下,使其在宿主动物体内构建由免疫机制引起的迁移细胞形成的组织支架血管,然后进行脱细胞处理,既保留了网状支架以改善血管力学性能,又降低移植后的免疫反应,并且充分利用了细胞外基质提供细胞再生的良好环境;作为优选,纺丝纤维相互交错形成的网状高分子机构支架可以充分改善脱细胞血管支架的力学性能,成功解决了血管移植后的动脉瘤等问题;同时,本方法还可以通过设计不同形状和大小的支架来制备不同的脱细胞血管支架,以应用于不同的血管移植条件。
附图说明
图1为脱细胞血管立体结构示意图;
图2为脱细胞血管支架剖面结构放大示意图;
图3示出不同的纤维缠绕角度。
图4示出大鼠体内血管移植数据。
图中:1,免疫包裹材料;2,纤维骨架;3,接收器。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1:
1)以生物可降解高分子材料为原料,在医用硅胶管上采用湿法纺丝技术制备微米级或纳米级的有序网状血管支架,所述有序网状血管支架的纤维在硅胶管外螺旋式缠绕,纤维之间的角度为45°,网状血管支架层的厚度为600μm,血管支架的直径为2mm;图1为脱细胞血管立体结构示意图;图2为脱细胞血管支架剖面结构放大示意图;具体地,将1克PLCL溶解到10mL六氟异丙醇中,室温搅拌至全部溶解,将直径为2mm的医用硅胶管与旋转电机相连,将PLCL溶液吸入注射器中,注射器针头置入到乙醇凝固浴中距离硅胶管1cm位置。设定溶液流速为2ml/h,接收硅胶管转速为500rpm,纺丝时间为40min,得到在硅胶管外纤维呈螺旋式缠绕的有序网状血管支架,制备完成后将血管支架真空干燥备用;
2)将上述带硅胶管的纤维支架植入到兔子或大鼠实验动物皮下部位2周到3个月,宿主启动免疫反应机制并使成纤维细胞等向支架上迁移,最终形成一个由宿主细胞及胞外基质包裹的组织工程化血管支架;具体地,将上述得到的内径为2mm的有序网状血管支架裁剪成长为3cm的血管支架,用75wt%医用酒精灭菌后用无菌生理盐水置换备用,将兔子麻醉后,背部两侧剃光成长6cm、宽4cm的矩形面,用剪刀剪开1cm长切口,用平头剪刀将皮层与肌肉组织分离出长4cm、宽1cm、深0.3cm的空腔,将剪好的纤维支架材料平整放入到空腔中,将切口缝合后消毒,在皮下埋植时间达到3个星期后,将兔麻醉后,在植入支架的另一侧脱毛切口,将支架与周围组织剥离后取出;
3)将上述组织工程化血管支架取出,移除硅胶管后,对其外层的血管材料进行如下处理:用75wt%的酒精消毒20min,转移至超净台操作,用1wt%的十二烷基磺酸钠(SDS)在摇床上震荡12h后,用双蒸馏水(DDH2O)将SDS完全洗去,用100U的DNA酶和40U的RNA酶摇床震荡处理24h,用DDH2O将酶完全洗去,得到组织工程脱细胞血管支架。放入磷酸缓冲盐溶液中备用,所述磷酸缓冲盐溶液的组成:NaCl137mmol/L,KCl2.7mmol/L,Na2HPO410mmol/L,KH2PO42mmol/L;溶液pH为7.2~7.4。
4)所制备的组织工程脱细胞血管支架用于实验动物的血管移植,方法如下:将得到的脱细胞血管支架进行家兔颈动脉血管移植实验,通过苏木素伊红染色和免疫荧光染色评价其组织相容性和血管再生情况,通过小动物多普勒超声成像仪检测血管再大鼠体内的形态和通畅性,对移植血管取材后进行力学性能评价。组织学染色分析可见该脱细胞血管支架与机体之间没有明显免疫排斥反应,组织相容性良好;多普勒超声成像显示血管形态保持正常,血流通畅;力学测试结果表明该脱细胞组织工程化血管支架的爆破压、拉伸强度等力学性能可以满足生理所需。
实施例2与实施例1制备方法相同,区别仅在于,纺丝纤维骨架的制备方法不同:本实施例中,利用熔融纺丝设备制备熔融纺丝和医用硅胶管复合芯轴,所述熔融纺丝设备,包括注射器、不锈钢单管针头和圆柱状接收器,本实施例中采用医用硅胶管内套设不锈钢棒以提供足够的支撑力,防止筒状结构被挤压变形;不锈钢注射器1内装有用于纺丝的聚合物熔体;聚合物熔体由注射器的全不锈钢单管针头流出,随圆柱状接收器转动平移,用于纺丝的聚合物熔体细流被拉伸变细,通过调节圆柱状接收器转动速度和平移速度,即可调控纤维排布角度。图3示出不同的纤维角度。
以聚己内酯(PCL)为纺丝纤维材料进行制备熔融纺丝纤维骨架;称取5.0g,数均分子量为80000PCL,置于热熔器包裹的封闭的无锈钢注射器中,于200℃下加热1h。将外径2mm、内径1mm的医用硅胶管套在直径1mm的不锈钢棒上并与旋转电机相连,注射器针头与接收棒的距离为5mm,PCL熔体的流速为0.5ml/h,接收棒的旋转速度设置为300r/min,平移速度设置为10mm/s,接收装置水平往返45次接收纺丝纤维,制备出纤维角度为45°的PCL熔融纺丝纤维与医用硅胶管复合芯轴。PCL熔融纺丝纤维的直径为60μm;筒状限纤维的厚度为300μm纺丝完成后将硅胶管从不锈钢棒上退下,在58℃的热水中浸泡3s后立即取出并置于冰水混合物中,5s后取出晾干备用。
将得到的脱细胞血管支架进行大鼠腹主动脉血管移植实验,通过苏木素伊红染色和免疫荧光染色评价其组织相容性和血管再生情况,通过小动物多普勒超声成像仪检测血管再大鼠体内的形态和通畅性,对移植血管取材后进行力学性能评价。组织学染色分析可见该脱细胞血管支架与机体之间没有明显免疫排斥反应,组织相容性良好;多普勒超声成像显示血管形态保持正常,血流通畅;力学测试结果表明,该脱细胞组织工程化血管支架的爆破压、拉伸强度等力学性能可以满足生理所需。图4示出大鼠体内血管移植数据。其中A)小动物多普勒超声成像显示血管通畅性良好;B)HE染色显示脱细胞血管具有良好的组织相容性;Masson(C)和VVG(D)表明,血管壁具有丰富的有胶原和弹性纤维说明血管重塑再生良好;CD31(E)和α-SMA(F)免疫荧光染色说明脱细胞人工血管的内皮细胞和平滑肌细胞再生良好。
实施例3:实施例3与实施例2实施方式相似,区别仅在于熔融纺丝纤维骨架的制备方法不同,称取5.0g、数均分子量为80000PCL,置于热熔器包裹的封闭的无锈钢注射器中,于200℃下加热1h。将外径2mm,内径1mm的医用硅胶管套在直径1mm的不锈钢棒上并与旋转电机相连,注射器针头与接收器的距离为5mm,PCL熔体的流速为0.1ml/h,接收棒的旋转速度设置为300r/min,平移速度设置为4mm/s,接收装置水平往返接收纤维20次,制备出纤维角度为30°的PCL熔融纺丝纤维与医用硅胶管复合芯轴。纺丝纤维的直径为5μm,纤维骨架厚度为40μm;纺丝完成后将硅胶管从不锈钢棒上退下,在58℃的热水中浸泡3s后立即取出并置于冰水混合物中,5s后取出晾干备用。
实施例4与实施例2相同,区别仅在于熔融纺丝纤维骨架的制备方法不同,称取5.0g、数均分子量为100000PGA,置于热熔器包裹的封闭的无锈钢注射器中,于300℃下加热1h。将外径2mm,内径1mm的医用硅胶管套在直径1mm的不锈钢棒上并与旋转电机相连,注射器针头与接收棒的距离为10mm,PGA熔体的流速为0.8ml/h,接收棒的旋转速度设置为12r/min,平移速度设置为50mm/s,接收装置水平往返接收80次,制备出纤维角度为130°的PGA熔融纺丝纤维与医用硅胶管复合芯轴。纺丝纤维的直径为50μm,纤维骨架厚度为500μm;纺丝完成后将硅胶管从不锈钢棒上退下备用。
实施例4与实施例1相同,区别仅在于熔融纺丝纤维骨架的制备方法不同,
1)称取5.0g数均分子量为100000PGA,置于热熔器包裹的封闭的无锈钢注射器中,于200℃下加热1h。将外径20mm,内径18mm的医用硅胶管套在直径18mm的不锈钢棒上并与旋转电机相连,注射器针头与接收棒的距离为10mm,PGA熔体的流速为5ml/h,接收棒的旋转速度设置为30r/min,平移速度设置为12mm/s,接收装置水平往返接收30次,制备出纤维角度为45°的PLCL熔融纺丝纤维与医用硅胶管复合芯轴。纺丝纤维的直径为200μm,纤维骨架厚度为1000μm;纺丝完成后将硅胶管从不锈钢棒上退下,备用。
2)将上述带有硅胶管的PGA有序网状血管支架剪为每段8cm,用环氧乙烷灭菌,将猪或羊麻醉后,背部两侧剃光成长10cm、宽8cm矩形面,用剪刀剪开5cm长切口,用平头剪刀将皮层与肌肉组织分离出长10cm、宽6cm、高5cm的空腔,将PGA纤维支架平整埋入到空腔中,将切口缝合后消毒,在皮下埋植一个月后,将宿主动物麻醉后,在植入支架材料的另一侧脱毛切口,将材料与周围组织剥离后取出,剔除多余的结缔组织后得到一个由宿主细胞及胞外基质包裹的组织工程化血管支架;
3)将上述得到的血管支架用75wt%的酒精消毒20min,转移至超净台操作,用1wt%的十二烷基磺酸钠(SDS)处理12h后,用双蒸馏水(DDH2O)将SDS完全洗去,用100U的DNA酶和40U的RNA酶处理处理24h,用DDH2O将酶完全洗去,得到聚合物纤维骨架支撑的脱细胞血管支架,放入磷酸缓冲盐溶液中备用,所述磷酸缓冲盐溶液的组成:NaCl137mmol/L,KCl2.7mmol/L,Na2HPO410mmol/L,KH2PO42mmol/L;溶液pH为7.2~7.4。
将得到的脱细胞血管支架进行猪或羊的自体或者异体下腔静脉血管的移植替换手术,并采用与案例1相似的评价方法对血管进行评价。
实施案例5
1)称取5.0gPLCL(50:50),置于热熔器包裹的封闭的无锈钢注射器中,于200℃下加热1h。将外径6mm,内径4mm的医用硅胶管套在直径4mm的不锈钢棒上并与旋转电机相连,注射器针头与接收棒的距离为10mm,PLCL熔体的流速为1.5ml/h,接收棒的旋转速度设置为150r/min,平移速度设置为15mm/s,接收装置水平往返接收80次,制备出纤维角度为45°的PLCL熔融纺丝纤维与医用硅胶管复合芯轴。纺丝纤维的直径为45μm,纤维骨架厚度为500μm;纺丝完成后将硅胶管从不锈钢棒上退下,备用。
2)将上述带有硅胶管的PLCL有序网状血管支架剪为每段6cm,用环氧乙烷灭菌,将猪或羊麻醉后,背部两侧剃光成长10cm、宽5cm矩形面,用剪刀剪开2cm长切口,用平头剪刀将皮层与肌肉组织分离出长12cm、宽2cm、深1cm的空腔,将PLCL纤维支架平整埋入到空腔中,将切口缝合后消毒,在皮下埋植一个月后,将动物麻醉后,在植入支架材料的另一侧脱毛切口,将材料与周围组织剥离后取出,剔除多余的结缔组织后得到一个由宿主细胞及胞外基质包裹的组织工程化血管支架。
3)将上述得到的血管支架用75wt%的酒精消毒20min,转移至超净台操作,用1wt%的十二烷基磺酸钠(SDS)处理12h后,用双蒸馏水(DDH2O)将SDS完全洗去,用100U的DNA酶和40U的RNA酶处理处理24h,用DDH2O将酶完全洗去,得到脱细胞血管支架,放入磷酸缓冲盐溶液中备用,所述磷酸缓冲盐溶液的组成:NaCl137mmol/L,KCl2.7mmol/L,Na2HPO410mmol/L,KH2PO42mmol/L;溶液pH为7.2~7.4。
4)所制备的组织工程脱细胞血管支架用于异体猪或羊或人的主动脉血管搭桥手术,并用案例1相似的方法进行评价。
实施案例6
1)称取5.0g的数均分子量为80000的PCL,置于热熔器包裹的封闭的无锈钢注射器中,于200℃下加热1h。将外径6mm,内径4mm的医用硅胶管套在直径4mm的不锈钢棒上并与旋转电机相连,注射器针头与接收棒的距离为6mm,PCL熔体的流速为1.2ml/h,接收棒的旋转速度设置为200r/min,平移速度设置为15mm/s,接收装置水平往返接收60次,制备出纤维角度为45°的PLCL熔融纺丝纤维与医用硅胶管复合芯轴。纺丝纤维的直径为40μm,纤维骨架厚度为400μm;纺丝完成后将硅胶管从不锈钢棒上退下,备用。
2)将上述带有硅胶管的PCL有序网状血管支架剪为每段8cm,用环氧乙烷灭菌,将猪或羊麻醉后,背部两侧剃光成长10cm、宽5cm矩形面,用剪刀剪开2cm长切口,用平头剪刀将皮层与肌肉组织分离出长12cm、宽2cm、深1cm的空腔,将PCL纤维支架平整埋入到空腔中,将切口缝合后消毒,在皮下埋植一个月后,将动物麻醉后,在植入支架材料的另一侧脱毛切口,将材料与周围组织剥离后取出,剔除多余的结缔组织后得到一个由宿主细胞及胞外基质包裹的组织工程化血管支架。
3)将上述得到的血管支架用75wt%的酒精消毒20min,转移至超净台操作,用1wt%的十二烷基磺酸钠(SDS)处理12h后,用双蒸馏水(DDH2O)将SDS完全洗去,用100U的DNA酶和40U的RNA酶处理处理24h,用DDH2O将酶完全洗去,得到脱细胞血管支架,放入磷酸缓冲盐溶液中备用,所述磷酸缓冲盐溶液的组成:NaCl137mmol/L,KCl2.7mmol/L,Na2HPO410mmol/L,KH2PO42mmol/L;溶液pH为7.2~7.4。
4)利用得到的组织工程脱细胞血管支架对自体或异体的猪或羊或者人进行动静脉造瘘手术,并利用与案例1中相似的方法进行血管评价,手术具体步骤如下:切开皮肤,分离动静脉;夹紧动脉两端,以端侧方式建立动脉吻合术(7-0聚丙烯缝合线);吻合完成后,移植物回流,用肝素生理盐水(10U/ml)逆行冲洗;暴露静脉,建立皮下隧道放置移植物;用肝素生理盐水(10U/ml)对移植物逆行冲洗;夹紧静脉两端,以端侧方式进行吻合(7-0聚丙烯缝合线);缝合好静脉,依次去除静脉夹钳和流入夹钳建立流动;局部用利多卡因(罂粟碱)和温盐水治疗血管痉挛;确保通路建立之后,将伤口分层闭合,完成动静脉造瘘手术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种组织工程脱细胞血管支架的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:
1)纺丝纤维骨架的制备;在接收器上通过纺丝技术绕设纺丝纤维,纺丝纤维上下交错成筒状结构;
2)将步骤1)得到的纺丝纤维骨架植入动物皮下部位2周到3个月,宿主启动免疫包裹反应机制并使宿主细胞向纺丝纤维骨架迁移,最终形成一个由宿主细胞及细胞外基质包裹的组织工程化血管支架;
3)移除接收器,并对步骤2)得到的组织工程化血管支架进行脱细胞,最终得到由聚合物纤维骨架支撑的脱细胞基质血管支架。
2.根据权利要求1所述的组织工程脱细胞血管支架的制备方法,其特征在于,相邻纺丝纤维间纵向的夹角为α;30°≤α≤130°;纺丝纤维的直径为5-200μm;所述的筒状结构的壁厚为40-1000μm,内径为2-20mm。
3.根据权利要求1所述的组织工程脱细胞血管支架的制备方法,其特征在于,步骤1)中筒状结构的壁厚为600μm,内径为2mm,α=45。
4.根据权利要求1所述的组织工程脱细胞血管支架的制备方法,其特征在于,所述的纺丝纤维由生物可降解高分子为原料制得,所述的生物可降解高分子为聚己内酯、丙交酯-己内酯聚合物、聚乙醇酸、聚乳酸、聚羟基脂肪酸、聚氨酯、聚对二氧环己酮、乳酸-乙醇酸聚合物中的一种或几种混合。
5.根据权利要求1所述的组织工程脱细胞血管支架的制备方法,其特征在于,所述的纺丝技术可以为熔融纺丝、静电纺丝、湿法纺丝,或3D打印纺丝的一种。
6.根据权利要求1所述的组织工程脱细胞血管支架的制备方法,其特征在于,所述的接收器为医用硅胶管、不锈钢棒或者尼龙棒的一种或者多种组合。
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