CN109662803A - 一种人造血管生成模具及培育系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种人造血管培育系统，所述人造血管培育系统包括人造血管生成模具和人造血管灌流培育装置；其中生成模具包括：基座；盖组件，所述盖组件与所述基座相匹配；人造血管壁生成腔，形成在所述基座和所述盖组件之间的腔体；占位组件，所述占位组件设置在所述腔体中，用于限定所述人造血管的内壁，所述占位组件与所述腔体的形状相适配；灌注入口，设置在所述盖组件上表面。利用本发明提出的系统，易于制备具有分叉结构人造血管，能够满足疾病的病理研究以及治疗性药物的体外筛选的需要。

Description

一种人造血管生成模具及培育系统

【技术领域】

本发明属于器官芯片组织工程领域，尤其涉及一种分叉血管生成模具及培育系统。

【背景技术】

目前市面上销售的人工血管一般采用化学材料如合成聚合物来制作(如ePTEF材料，polyethyleneterephthalatefibre)，这些材料所制作的人工血管，通常用于少量替代病患体内部份血管，通常是较大血管(6mm直径以上)。然而，这些人工血管是由化学材料制作的，所以人工血管中并不含有细胞和活体物质，因此具有很少的生物功能性，只是作为血管的通道。

现有采用生物材料制备人造血管系采用生物材料支架法，如：通过对材料(如PCL)的塑形制作支架结构，以制作血管支架。然后部分工作中，对该材料表面种植细胞，使其生成表面覆盖有细胞的人工血管，这些细胞在长期的培养过程中(几个月的周期)可以逐渐溶解生物材料并再生。该方法的缺点是细胞生长在生物材料的内外表面，需要很长的时间才能生长并形成具有较好的生物结构的血管，该血管的生物功能性较差，无法展示出包括收缩和舒张在内的血管的功能性。

最近报道的采用3D打印技术制作的人工血管，采用甲基丙烯酸修饰的明胶GelMA材料或者PEGDA材料，通过3D打印机进行打印，与此同时经过紫外光交联生成特定的结构。部分3D打印过程中可将细胞混入GelMA或PEGDA水凝胶，从而得到含有细胞的3D打印人工血管。然而该方法具有显著的缺点是，3D打印材料中因为添加了光敏基团用于紫外光交联，而这些光敏基团的单体往往具有细胞毒性，因此对血管的功能性有害；同时这些3D打印材料经过光交联将生成致密的化学键网络，将细胞完全包裹在凝胶中，细胞虽然仍然可以部分存活，但是其活性和功能性受到严重影响。因此，综上，目前采用3D打印技术制作的人工血管由于材料学的缺陷，往往具有一定的毒性，以及细胞功能性不足。

最近报道的具有生物功能性的人造血管，其制备采用细胞片层法。具体做法是将细胞培养在二维平面基底上，形成细胞片层后，将细胞片层经过蜷曲，生成管状人造血管。然而采用细胞片层法制备人工血管的制作工艺复杂，制作周期很长，制作一个成熟的人工血管通常需要1个半月以上。另外，该方法还具有的显著缺点是该方法只能制作结构较为简单的血管，即：直的人造血管。而人体真实的血管形状复杂，尤其是血管的病变往往发生在血管的分叉以及弯曲的部位，但细胞片层法难以制作这些具有复杂结构，尤其是分叉结构的人造血管。

但是现有技术缺乏一种能够简便制作分叉血管的培育系统。

【发明内容】

为了解决上述问题，本发明提出一种分叉血管生成及培育系统，具体技术方案如下：

一种人造血管生成模具,其特征在于，所述人造血管生成模具包括：

第一基座；

第一盖组件，所述第一盖组件与所述第一基座相匹配；

人造血管壁生成腔，形成在所述第一基座和所述第一盖组件之间的腔体；

占位组件，所述占位组件设置在所述腔体中，用于限定所述人造血管的内壁，所述占位组件与所述腔体的形状相适配；

灌注入口，设置在所述第一盖组件上表面。

进一步地，所述第一基座包括固定套件及与之配合的第二盖组件。

进一步地，所述第一盖组件包括盖平面、沿该盖平面外凸的第一柱体部，在所述第一柱体部的远离所述盖平面的表面上形成有第一凹槽结构。

进一步地，所述基座内包括第二凹槽结构，所述第一凹槽结构和所述第二凹槽结构相互配合形成所述人造血管壁生成腔。

进一步地，所述第二凹槽结构设置在所述第二盖组件上。

进一步地，所述第一盖组件的上表面还包括出气口。

进一步地，其中，所述占位组件至少包括一个分叉结构。

进一步地，所述占位组件为空心结构。

进一步地，所述占位组件包括可拆卸连接的多个主支占位组件或者分支占位组件。

进一步地，所述第一基座的侧壁上包括固定孔，所述固定孔用于固定所述占位组件。

本发明提出一种人造血管培育系统，所述人造血管培育系统包括本发明所提出的人造血管生成模具和人造血管灌流培育装置。

进一步地，所述人造血管灌流培育装置包括：

第二基座；

第三盖组件，所述第三盖组件与所述第二基座相匹配；

人造血管外壁培育腔，形成在所述第二基座和所述第三盖组件之间的腔体；

灌流接口，设置在所述第二基座的侧壁上。

进一步地，所述灌流接口包括空心的占位组件。

进一步地，所述第二基座包括固定套件及与之配合的第四盖组件。

进一步地，所述人造血管生成模具和/或所述人造血管灌流培育装置为阵列结构。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种人工血管的培育系统，利用该培育系统，能够较为方便地制备人工血管，尤其是具有分叉结构的人工血管，并且在制备过程中，通过调整水凝胶的材质，能够使血管更具有真实血管的生物特性，通过该分叉血管建立起的生物模型以及疾病模型，能够满足疾病的病理研究以及治疗性药物的体外筛选的需要。同时该人造分叉血管也为在未来实现人工血管对于人体内血管分叉部分的替代提供了技术基础和可能。

【附图说明】

图1为本发明实施例中人造血管生成模具爆炸示意图；

图2为本发明实施例中人造血管生成模具第一盖组件示意图；

图3为本发明实施例中人造血管生成模具占位组件组合示意图；

图4为本发明实施例中人造血管生成模具第一盖组件阵列结构示意图；

图5为本发明实施例中人造血管生成模具基座阵列结构示意图；

图6为本发明实施例中人造血管生成模具阵列结构示意图；

图7为本发明实施例中人造血管灌流培育装置阵列结构示意图。

【具体实施方式】

下面通过具体实施方式结合附图1至附图7对本发明作进一步详细说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各方面的优点。在以下的实施例中，提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，而不是对本发明的限制。其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

本发明提出一种分叉血管生成及培育系统，包括分叉血管生成模具以及灌流培育装置。

实施例1

本实施例提出一种分叉血管生成摸具，参见图1，该分叉血管生成模具包括相互组配的第一盖组件1、固定套件2、第二盖组件3、占位组件4。

其中第一盖组件1例如为上盖，参见图1-2：具有盖平面101、沿该盖平面101外凸的第一柱体部102，在第一柱体部102的远离盖平面101的表面上形成有第一凹槽结构103。在第一凹槽结构103上设有通孔104，该通孔104贯穿第一柱体部102和盖平面101与外部连通，用作分叉血管成型的灌注入口或者出气孔。

其中第二盖组件3与第一盖组件1具有相似的结构，具有底平面301、沿该底平面301外凸的第二柱体部302，在第二柱体部302远离底平面301的表面上形成有第二凹槽303。

固定套件2具有空心圆柱体内腔，用于收纳第一柱体部102和第二柱体部302，即第一盖组件1和第二盖组件3在固定套件2内腔完成组配，第一凹槽结构103与第二凹槽结构303构成分叉血管外壁培养腔。在固定套件2的侧壁上包括多个水平通孔201，占位组件4通过水平通孔201固定，使其在分叉血管外壁培养腔内悬空架设，该水平通孔201比如是带有内螺纹的孔，通过与之匹配的紧固件固定占位组件4并密封腔体。

第一凹槽103和第二凹槽303组配后的分叉血管外壁培养腔具有真实血管的结构，比如包括多个分叉结构。

为了形成分叉血管的内腔，本发明设计了与外壁培养腔相适配的占位组件4，占位组件4依据所要成型的分叉血管的形状设计，分叉血管外壁培养腔的形状和结构与占位组件的设置相匹配，比如内腔占位组件为60度分叉，外壁培养腔内结构则也为约60度分叉。该分叉血管外壁培养腔的内部结构可按照人体真实血管的外壁结构设计。由此分叉血管外壁培养腔与占位组件之间所形成的空间即为将要成型的血管空间5，参见图3。

该分叉血管内腔占位组件的个数设置由分叉血管的有几个端口确定。例如：一个直的主血管中上分叉一个支血管，则该分叉血管共3个端口，则分叉血管内腔占位组件的总个数为2-3个，优选为3个。

如果为2个，则主血管占位组件1个，分支血管占位组件1个，两者之间通过斜孔插入连接或者通过特定设计的公母连接；优选斜孔插入连接。斜孔插入法，斜孔设置在主血管占位组件上。

如图3所示，分支血管占位组件403通过斜孔插入的方式与主支血管占位组件401连接，主支血管占位组件401与主支血管402通过卡接或者拼插的方式连接。

第一盖组件1、固定套件2、第三盖组件3例如通过如下方式组配固定：在第一盖组件1上还包括第一竖直固定孔105、固定套件2的侧壁上包括第二竖直固定孔202、第二盖组件3上包括第三竖直固定孔304；固定螺栓穿过第一竖直固定孔105、第二竖直固定孔202、第三竖直固定孔304，在第一盖组件1的盖平面101利用螺母完成固定。

在占位组件被固定后，将盖组件和基座密封，完成血管成型模具的拼接，通过灌注入口加入含有细胞的生物水凝胶(比如：胶原凝胶，纤维蛋白原，基质胶，海藻多糖，甲壳素，丝素蛋白，或者前者的混合物)。经过室温或37度或化学诱导固化(如pH，盐离子等)，在半小时左右的时间内，生物水凝胶成型(胶原蛋白聚合生成了具有一定机械强度的水凝胶作为人工血管的血管壁)，这时，在血管成型模具中，按照外壁和内腔占位组件的形状制作生成了含有生物水凝胶和细胞的人造血管的雏形。此后经过约2周的培养生成成熟的人工血管。

在血管成型后，拆除原有的血管生成模块：拆除分叉血管外壁培养腔，例如取出或者揭开第一盖组件1，拆除占位组件固定系统，将人造血管从成型腔体中取出。

实施例2

为了使成型后的血管具有生物活性，还需要对该血管进行灌流培育，因此，本发明还提出一种人造血管灌流培育装置。

灌流培育，一方面需要对血管外壁进行浸泡培育，另外一方面需要对血管内壁进行内皮细胞的培养。

依托实施例1所提出的血管成型模具，更换第一盖组件1与第二盖组件3，即可形成灌流培育装置。

由于已经完成成型，因此，并不需要成型凹槽，将第一盖组件1的第一柱体部102的表面第一凹槽103去除，同时将第一柱体部102的高度缩短，作为构成灌流培育装置的第三盖组件。同样的改造也适用于第二盖组件3，以形成灌流培育装置的第四盖。如此，当替换第一盖组件1、第二盖组件3之后的分叉血管成型模具即可作为人造血管灌流培育装置，可在固定套件2和改造后的盖件腔体内形成人造血管外壁的浸泡培育腔。去除占位组件4后的人造血管通过固定套件2的水平通孔201可以外接灌流管，人造血管的一些端口作为灌流入口，则另外的一些端口可以作为灌流出口。

如果占位组件4为空心组件，可以直接将占位组件4分别从人造血管的各个端口拔出，同时作为灌流管的接口。

在本发明中，浸泡人造血管或者灌流人造血管的溶液比如是：内皮细胞培养液，细胞灌流培养液(内皮培养液+平滑肌培养液的配比溶液)，以及模拟人工血液等溶液，从而在人造血管的内壁内诱导内皮细胞生长形成内皮细胞层。

实施例3

与实施例1相比，本发明的分叉血管生成模具，还可以是包括基座和盖组件，即作为底盖的第二盖组件3和固定套件2是一体的。其它部件与实施例1相同，灌流培育装置可参照实施例2仅改变第一盖组件1。

本发明的分叉血管生成及培育系统可以选用玻璃，或者其它有机材料等便于制造的材质。

实施例4

参见图4-7，本发明的分叉血管生成模具以及灌流培育装置可以是阵列结构。

如图4所示，其为分叉血管生成模具的第一盖组件的阵列结构6，图5为分叉血管生成模具的基座阵列结构7，图6则为盖组件与基座组合而成的血管生成模具阵列结构。

图7为组合的灌流培育装置的阵列结构示意图。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种人造血管生成模具,其特征在于，所述人造血管生成模具包括：

第一基座；

第一盖组件，所述第一盖组件与所述第一基座相匹配；

人造血管壁生成腔，形成在所述第一基座和所述第一盖组件之间的腔体；

占位组件，所述占位组件设置在所述腔体中，用于限定所述人造血管的内壁，所述占位组件与所述腔体的形状相适配；

灌注入口，设置在所述第一盖组件上表面。

2.根据权利要求1所述的人造血管生成模具，其特征在于，所述第一基座包括固定套件及与之配合的第二盖组件。

3.根据权利要求1或2所述的人造血管生成模具，其特征在于，所述第一盖组件包括盖平面、沿该盖平面外凸的第一柱体部，在所述第一柱体部的远离所述盖平面的表面上形成有第一凹槽结构。

4.根据权利要求3所述的人造血管生成模具，其特征在于，所述基座内包括第二凹槽结构，所述第一凹槽结构和所述第二凹槽结构相互配合形成所述人造血管壁生成腔。

5.根据权利要求4所述的人造血管生成模具，其特征在于，所述第二凹槽结构设置在所述第二盖组件上。

6.根据权利要求1所述的人造血管生成模具，其特征在于，所述第一盖组件的上表面还包括出气口。

7.根据权利要求1所述的人造血管生成模具，其特征在于，其中，所述占位组件至少包括一个分叉结构。

8.根据权利要求1或7所述的人造血管生成模具，其特征在于，所述占位组件为空心结构。

9.根据权利要求1或7所述的人造血管生成模具，其特征在于，所述占位组件包括可拆卸连接的多个主支占位组件或者分支占位组件。

10.根据权利要求1所述的人造血管生成模具，其特征在于，所述第一基座的侧壁上包括固定孔，所述固定孔用于固定所述占位组件。

11.一种人造血管培育系统，其特征在于，所述人造血管培育系统包括权利要求1-10任一项所述的人造血管生成模具、人造血管灌流培育装置。

12.根据权利要求11所述的人造血管培育系统，其特征在于，所述人造血管灌流培育装置包括：

第二基座；

第三盖组件，所述第三盖组件与所述第二基座相匹配；

人造血管外壁培育腔，形成在所述第二基座和所述第三盖组件之间的腔体；

灌流接口，设置在所述第二基座的侧壁上。

13.根据权利要求12所述的人造血管培育系统，其特征在于，所述灌流接口包括空心的占位组件。

14.根据权利要求12所述的人造血管培育系统，其特征在于，所述第二基座包括固定套件及与之配合的第四盖组件。

15.根据权利要求12所述的人造血管培育系统，其特征在于，所述人造血管生成模具和/或所述人造血管灌流培育装置为阵列结构。