CN110556046A - 一种双网络结构三维组织模型及其灌流一体化制备方法 - Google Patents

一种双网络结构三维组织模型及其灌流一体化制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110556046A
CN110556046A CN201910734186.6A CN201910734186A CN110556046A CN 110556046 A CN110556046 A CN 110556046A CN 201910734186 A CN201910734186 A CN 201910734186A CN 110556046 A CN110556046 A CN 110556046A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tissue
channel array
network
scale channel
horizontal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910734186.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110556046B (zh
Inventor
王玲
王森
郝志岩
李涤尘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen collaborative innovation high tech Development Co.,Ltd.
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201910734186.6A priority Critical patent/CN110556046B/zh
Publication of CN110556046A publication Critical patent/CN110556046A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110556046B publication Critical patent/CN110556046B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602—Vertebrate cells
    • C12N5/0618—Cells of the nervous system
    • C12N5/0619—Neurons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602—Vertebrate cells
    • C12N5/0618—Cells of the nervous system
    • C12N5/0622—Glial cells, e.g. astrocytes, oligodendrocytes; Schwann cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602—Vertebrate cells
    • C12N5/067—Hepatocytes
    • C12N5/0671—Three-dimensional culture, tissue culture or organ culture; Encapsulated cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602—Vertebrate cells
    • C12N5/069—Vascular Endothelial cells
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G09B23/30—Anatomical models
    • G09B23/306—Anatomical models comprising real biological tissue
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2513/00—3D culture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/30—Synthetic polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/50—Proteins
    • C12N2533/54—Collagen; Gelatin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/50—Proteins
    • C12N2533/56—Fibrin; Thrombin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/70—Polysaccharides
    • C12N2533/72—Chitin, chitosan
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/70—Polysaccharides
    • C12N2533/74—Alginate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/70—Polysaccharides
    • C12N2533/80—Hyaluronan

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双网络结构三维组织模型及其灌流一体化制备方法，该三维组织模型包括组织基质、沿组织基质水平方向贯通的水平大口径尺度通道阵列网络以及沿组织基质竖直方向贯通的竖直小口径尺度通道阵列网络；水平大口径尺度通道阵列网络和竖直小口径尺度通道阵列网络相互贯穿组合，分别与两套独立的外部灌流培养系统相连，结合对流和渗透两种传质方式分别通过两套网络对组织模型进行过滤式灌流培养；本发明还公开了该三维组织模型简易快速的制造及后续灌流培养整合一体化的方法；该双网络结构三维组织可以为药理、生理探索提供研究模型，包括药物筛选模型、肿瘤组织模型、类器官模型、血管‑基质作用模型等。

Description

一种双网络结构三维组织模型及其灌流一体化制备方法
技术领域
本发明涉及生物制造及组织工程技术领域，具体而言，涉及一种双网络结构三维组织模型及其灌流一体化制备方法。
背景技术
具有各种口径的血管通道动态网络，在维持体内平衡中起着不可或缺的作用。尤其是在肝、脑等细胞密度大、代谢旺盛的器官或组织中，血管网络保障了营养物质的运输和代谢废物的清除，使其得以长时间保持细胞活力和器官功能。除此之外，血管网络还具有作为在组织内局部和系统分布细胞信号分子的管道通路的作用。
利用体外组织工程构建类器官组织模型，经历了从以培养皿培养为代表的二维平面向培养向以水凝胶封装细胞为代表的三维组织发展的过程。三维组织静态或动态灌流培养中，对于不包含丰富血管化通道网络的组织，存在因营养物质或氧气向组织内部传输不充分且细胞代谢产物无法及时排出，从而导致组织心部坏死，无法实现长期培养的问题。目前为止，制造包含多尺度血管化通道网络的三维凝胶组织的方法和效果仍然有限，主要有利用水凝胶的可逆相变反应或预置尼龙或金属丝的脱模法，自顶而上的单元组配法，种植血管碎片或内皮细胞进行自然生长法，以及以材料挤出和立体光刻为主的增材制造法，或以上不同方法的结合。但以目前方法制备的三维组织通道密度有限，且传质通道方向均为单一方向，营养物质传输和代谢产物排泄共用一套网络，传质作用尤其是对代谢废物的排出效果有限，进而对组织细胞保持长期高质量存活生长、分化增殖的有利影响有限。此外，现有制备方法存在技术工艺复杂，制备系统和灌流培养系统分离等问题，在整个流程中三维组织的转移会增加组织破坏、污染的风险。
发明内容
为了实现富含血管化通道网络的三维组织构建，实现更好的体外灌流培养效果，实现更高效的营养传输和代谢排泄，和更优的细胞存活生长和分化增殖，本发明提供一种双网络结构三维组织模型及其灌流一体化制备方法，该双网络结构三维组织可以为药理、生理探索提供研究模型，包括药物筛选模型、肿瘤组织模型、类器官模型、血管-基质作用模型等。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种双网络结构三维组织模型，包括组织基质3、沿组织基质3水平方向贯通的水平大口径尺度通道阵列网络1以及沿组织基质3竖直方向贯通的竖直小口径尺度通道阵列网络2；所述水平大口径尺度通道阵列网络1和竖直小口径尺度通道阵列网络2相互贯穿组合；
所述水平大口径尺度通道阵列网络1和竖直小口径尺度通道阵列网络2分别与两套独立的外部灌流培养系统相连，结合对流和渗透两种传质方式分别通过两套网络对组织模型进行过滤式灌流培养；具体而言，指利用对流作用通过水平大口径尺度通道阵列网络1对三维组织模型进行培养液、营养物质和氧气的快速输送供给，利用渗透和扩散作用通过竖直小口径尺度通道阵列网络2对三维组织模型进行代谢废物沉积过滤，并加速营养物质和氧气在组织内部分布更均匀。
所述对流作用的灌流速度为10μl/min～100μl/min；渗透和扩散作用的灌流速度为0.05μl/min～1μl/min。
所述水平大口径尺度通道阵列网络1的各通道直径为1000μm～3000μm，相邻通道中心距为2000μm～5000μm；所述竖直小口径尺度通道阵列网络2的各通道直径为10μm～100μm，相邻通道中心距为200μm～1500μm；所述三维组织模型内部中空通道阵列体积占比为20％～70％。
所述的双网络结构三维组织模型内，水平大口径尺度通道阵列网络1和竖直小口径尺度通道阵列网络2通道直径、排布方式、密度在组织基质的X轴、Y轴、Z轴方向可控变化。
所述水平大口径尺度通道阵列网络1和竖直小口径尺度通道阵列网络2内壁以及组织基质3内能够选择性的封装不同类型的细胞，以构建探索不同组织细胞相互影响作用的模型。如：在网络内种植血管内皮细胞，在组织基质内封装肝细胞，以构建血管与肝组织交互作用模型；在网络内种植神经胶质细胞，在组织基质内种植神经元，以构建神经胶质细胞与神经元交互作用模型。
所述组织基质3的材料为用于组织工程的细胞相容性好的水凝胶材料。
所述水凝胶材料为胶原蛋白、明胶、琼脂糖、海藻酸盐、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、聚乙二醇和嵌段共聚物中的一种或多种组合。
所述的双网络结构三维组织模型可以通过现有组织工程生物制造方法制造，本发明提供了一种优选的简易快速的制造及后续灌流培养整合一体化的方法，包括如下步骤：
(1)预制成形-培养室，其水平壁和竖直壁开有孔阵列，并分别与密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔弹性连接，密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔的进出口与外部组织成形系统或外部组织灌流培养系统的进出口相连接并能够相互切换；
(2)组织成形阶段：密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔与外部组织成形系统相连接，在密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔中注入可逆水凝胶，称其为“模具水凝胶”，成形-培养室与密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔先后作水平方向和竖直方向的相向挤压运动，，即在成形-培养室中得到水平和竖直方向的水凝胶柱状阵列网络“模具内芯”；
(3)在内含“模具内芯”的成形-培养室中注满封装有基质细胞的水凝胶，称其为“基质水凝胶”，待基质水凝胶成胶；
(4)使“模具水凝胶”发生可逆反应相变为液体，并排出，得到包含双网络结构三维组织模型；
(5)组织培养阶段：将密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔的各进出口切换接入至外部组织灌流培养系统，通入含有特定细胞的培养液，静态培养待细胞贴壁生长，使双网络通道内皮化；接着进行动态灌流培养，利用双网络结构三维组织模型的水平大口径尺度通道阵列网络(1)运输营养物质和氧气，利用双网络结构三维组织模型竖直小口径尺度通道阵列网络(2)沉积和过滤代谢废物。
所述灌流培养系统还具有过滤功能，动态循环功能，监测及闭环反馈调节功能，以及可提取代谢产物进行进一步分析的功能等。
和现有技术相比较，本发明的优点和效果在于：
1.相比于已有的单向通道网络，本发明利用对流和渗透两种传质原理的水平和竖直两套阵列网络可以使营养物质和氧气向三维组织内扩散的更均匀更充分，同时有利于细胞代谢废物的沉积和过滤，且更适合长期灌流培养的细胞存活生长和增殖分化；
2.可以简易、快速实现大密度通道网络的制造；
3.双网络结构三维凝胶类生物体组织的制造和后续培养过程可以实现整合一体化，只需要在不同阶段将组织成形-培养室的出入口切换至外部成形或培养系统即可，简化工艺流程的同时避免在组织块的转移过程中可能出现的破坏和污染风险。
附图说明
图1为本发明双网络结构三维组织模型示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种双网络结构三维组织模型，包括组织基质3、沿组织基质3水平方向贯通的水平大口径尺度通道阵列网络1以及沿组织基质3竖直方向贯通的竖直小口径尺度通道阵列网络2；所述水平大口径尺度通道阵列网络1和竖直小口径尺度通道阵列网络2相互贯穿组合；所述水平大口径尺度通道阵列网络1和竖直小口径尺度通道阵列网络2分别与两套独立的外部灌流培养系统相连，结合对流和渗透两种传质方式分别通过两套网络对组织模型进行过滤式灌流培养；具体而言，指利用对流作用通过水平大口径尺度通道阵列网络1对三维组织模型进行培养液、营养物质和氧气的快速输送供给，利用渗透和扩散作用通过竖直小口径尺度通道阵列网络2对三维组织模型进行代谢废物沉积过滤，并加速营养物质和氧气在组织内部分布更均匀。
作为本发明的优选实施方式，所述对流作用的灌流速度为10μl/min～100μl/min；渗透和扩散作用的灌流速度为0.05μl/min～1μl/min。
作为本发明的优选实施方式，所述水平大口径尺度通道阵列网络1的各通道直径为1000μm～3000μm，相邻通道中心距为2000μm～5000μm；所述竖直小口径尺度通道阵列网络2的各通道直径为10μm～100μm，相邻通道中心距为200μm～1500μm；所述三维组织模型内部中空通道阵列体积占比为20％～70％。
作为本发明的优选实施方式，所述的双网络结构三维组织模型内，水平大口径尺度通道阵列网络1和竖直小口径尺度通道阵列网络2通道直径、排布方式、密度在组织基质的X轴、Y轴、Z轴方向可控变化。
作为本发明的优选实施方式，所述水平大口径尺度通道阵列网络1和竖直小口径尺度通道阵列网络2内壁以及组织基质3内能够选择性的封装不同类型的细胞，以构建探索不同组织细胞相互影响作用的模型。如：在网络内种植血管内皮细胞，在组织基质内种植肝细胞，以构建血管与肝组织交互作用模型；在网络内种植神经胶质细胞，在组织基质内种植神经元，以构建神经胶质细胞与神经元交互作用模型。
作为本发明的优选实施方式，所述组织基质3的材料为用于组织工程的细胞相容性好的水凝胶材料。更优选的，所述水凝胶材料为胶原蛋白、明胶、海藻酸盐、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、聚乙二醇和嵌段共聚物中的一种或多种组合。
所述的双网络结构三维组织模型可以通过现有组织工程生物制造方法制造，本发明提供了一种优选的简易快速的制造及后续灌流培养整合一体化的方法，包括如下步骤：
(1)预制成形-培养室，其水平壁和竖直壁开有孔阵列，并分别与密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔弹性连接，密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔的进出口与外部组织成形系统或外部组织灌流培养系统的进出口相连接并能够相互切换；
(2)组织成形阶段：密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔与外部组织成形系统相连接，在密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔中注入可逆水凝胶，称其为“模具水凝胶”，成形-培养室与密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔先后作水平方向和竖直方向的相向挤压运动，即在成形-培养室中得到水平和竖直方向的水凝胶柱状阵列网络“模具内芯”；
(3)在内含“模具内芯”的成形-培养室中注满封装有基质细胞的水凝胶，称其为“基质水凝胶”，待基质水凝胶成胶；
(4)使“模具水凝胶”发生可逆反应相变为液体，并排出，得到包含双网络结构三维组织模型；
(5)组织培养阶段：将密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔的各进出口切换接入至外部组织灌流培养系统，通入含有特定细胞的培养液，静态培养待细胞贴壁生长，使双网络通道内皮化；接着进行动态灌流培养，利用双网络结构三维组织模型的水平大口径尺度通道阵列网络(1)运输营养物质和氧气，利用双网络结构三维组织模型竖直小口径尺度通道阵列网络(2)沉积和过滤代谢废物。
实施例：双网络胶原基质水凝胶胶质瘤药物筛选模型
(1)制造水凝胶柱阵列“模具内芯”：预先制备成形-培养室，成形-培养室的水平壁开有直径为1mm，相邻孔间距为1mm的孔径阵列，竖直壁开有直径为50μm，相邻孔间间距为200μm的孔径阵列。成形-培养室内在密闭状态下注满浓度为200mmol/L氯化钙溶液，该室依次向注满质量浓度为2％的海藻酸钠溶液的密闭可变容积水平腔和密闭可变容积竖直腔作挤压运动，速率为500μm/min,成形-培养室内成胶为海藻酸钙柱状阵列“模具内芯”；
(2)成形封装胶质瘤细胞的基质水凝胶：制备质量浓度为6mg/mL的鼠尾I型胶原蛋白溶液，冰浴下调节pH至7.0，将胶质瘤细胞与鼠尾I型胶原蛋白溶液混合，得到细胞浓度为1x106/ml的胶原水凝胶前体溶液，将该胶原水凝胶前体溶液注入成形-培养室内，37℃下静置45分钟，待其成胶。
(3)溶解“模具内芯”：通过密闭可变容积水平腔和密闭可变容积竖直腔向成形-培养室内“模具内芯”的“水平内芯”和“竖直内芯”注入浓度为60mmol/L的柠檬酸钠溶液，灌流2小时，溶解“模具内芯”并排出，得到包含双网络结构三维组织模型。
(4)接入组织灌流培养体系：将与成形-培养室相连接的密闭可变容积水平腔和密闭可变容积竖直腔的各出入口转换接入外部组织灌流培养系统。
(5)双网络通道内皮化：通过密闭可变容积水平腔和密闭可变容积竖直腔向成形-培养室内的双网络通道内注入5x106/ml的血管内皮细胞，静态培养2天至细胞贴壁，形成血管化通道阵列网络。
(6)双网络动态循环培养：水平大口径尺度通道阵列网络1水平网络培养液传输速率为70μl/min，竖直小口径尺度通道阵列网络2竖直网络培养液传输速率为0.5μl/min。
(7)定期滴入待选药物，提取代谢废物进行分析，进一步对三维组织模型进行切片和免疫组化染色分析其药物作用效果。

Claims (8)

1.一种双网络结构三维组织模型，其特征在于：包括组织基质(3)、沿组织基质(3)水平方向贯通的水平大口径尺度通道阵列网络(1)以及沿组织基质(3)竖直方向贯通的竖直小口径尺度通道阵列网络(2)；所述水平大口径尺度通道阵列网络(1)和竖直小口径尺度通道阵列网络(2)相互贯穿组合；
所述水平大口径尺度通道阵列网络(1)和竖直小口径尺度通道阵列网络(2)分别与两套独立的外部灌流培养系统相连，结合对流和渗透两种传质方式分别通过两套网络对组织模型进行过滤式灌流培养；利用对流作用通过水平大口径尺度通道阵列网络(1)对三维组织模型进行培养液、营养物质和氧气的快速输送供给，利用渗透和扩散作用通过竖直小口径尺度通道阵列网络(2)对三维组织模型进行代谢废物沉积过滤，并加速营养物质和氧气在组织内部分布更均匀。
2.根据权利要求1所述的一种双网络结构三维组织模型，其特征在于：所述对流作用的灌流速度为10μl/min～100μl/min；渗透和扩散作用的灌流速度为0.05μl/min～1μl/min。
3.根据权利要求1所述的一种双网络结构三维组织模型，其特征在于：所述水平大口径尺度通道阵列网络(1)的各通道直径为1000μm～3000μm，相邻通道中心距为2000μm～5000μm；所述竖直小口径尺度通道阵列网络(2)的各通道直径为10μm～100μm，相邻通道中心距为200μm～1500μm；所述三维组织模型内部中空通道阵列体积占比为20％～70％。
4.根据权利要求1所述的一种双网络结构三维组织模型，其特征在于：所述的双网络结构三维组织模型内，水平大口径尺度通道阵列网络(1)和竖直小口径尺度通道阵列网络(2)通道直径和间距、排布方式以及密度在组织基质的X轴、Y轴、Z轴方向可控变化。
5.根据权利要求1所述的一种双网络结构三维组织模型，其特征在于：所述水平大口径尺度通道阵列网络(1)和竖直小口径尺度通道阵列网络(2)内壁以及组织基质(3)内能够选择性的封装不同类型的细胞，以构建探索不同组织细胞相互影响作用的模型。
6.根据权利要求1所述的一种双网络结构三维组织模型，其特征在于：所述组织基质(3)的材料为用于组织工程的细胞相容性好的水凝胶材料。
7.根据权利要求6所述的一种双网络结构三维组织模型，其特征在于：所述水凝胶材料为胶原蛋白、明胶、琼脂糖、海藻酸盐、壳聚糖、纤维蛋白、透明质酸、聚乙二醇和嵌段共聚物中的一种或多种组合。
8.权利要求1至7任一项所述的双网络结构三维组织模型灌流一体化制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)预制成形-培养室，其水平壁和竖直壁开有孔阵列，并分别与密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔弹性连接，密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔的进出口与外部组织成形系统或外部组织灌流培养系统的进出口相连接并能够相互切换；
(2)组织成形阶段：密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔与外部组织成形系统相连接，在密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔中注入可逆水凝胶，称其为“模具水凝胶”，成形-培养室与密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔先后作水平方向和竖直方向的相向挤压运动，，即在成形-培养室中得到水平和竖直方向的水凝胶柱状阵列网络“模具内芯”；
(3)在内含“模具内芯”的成形-培养室中注满封装有基质细胞的水凝胶，称其为“基质水凝胶”，待基质水凝胶成胶；
(4)使“模具水凝胶”发生可逆反应相变为液体，并排出，得到包含双网络结构三维组织模型；
(5)组织培养阶段：将密闭可变容积的水平腔和密闭可变容积的竖直腔的各进出口切换接入至外部组织灌流培养系统，通入含有特定细胞的培养液，静态培养待细胞贴壁生长，使双网络通道内皮化；接着进行动态灌流培养，利用双网络结构三维组织模型的水平大口径尺度通道阵列网络(1)运输营养物质和氧气，利用双网络结构三维组织模型竖直小口径尺度通道阵列网络(2)沉积和过滤代谢废物。
CN201910734186.6A 2019-08-09 2019-08-09 一种双网络结构三维组织模型及其灌流一体化制备方法 Active CN110556046B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910734186.6A CN110556046B (zh) 2019-08-09 2019-08-09 一种双网络结构三维组织模型及其灌流一体化制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910734186.6A CN110556046B (zh) 2019-08-09 2019-08-09 一种双网络结构三维组织模型及其灌流一体化制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110556046A true CN110556046A (zh) 2019-12-10
CN110556046B CN110556046B (zh) 2021-05-28

Family

ID=68737341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910734186.6A Active CN110556046B (zh) 2019-08-09 2019-08-09 一种双网络结构三维组织模型及其灌流一体化制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110556046B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111117884A (zh) * 2019-12-30 2020-05-08 清华大学 多流道组织支架及其制备方法与应用
CN113189317A (zh) * 2021-04-29 2021-07-30 广东省人民医院 一套人工血管三维静态培养的实验装置及其使用方法
CN113528338A (zh) * 2021-07-19 2021-10-22 中国医科大学 一种用于药物筛选的专用组合模具及其使用方法
CN114949369A (zh) * 2021-02-19 2022-08-30 清华大学 一种人工组织器官的封装装置及其制备方法和应用

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0967273B1 (en) * 1998-06-23 2005-12-21 Terumo Kabushiki Kaisha Cell supporting matrix, cell culture device, and fluid treating device
DE102006058730A1 (de) * 2006-12-13 2008-06-19 Dot Gmbh Zellkulturträger
CN101492655A (zh) * 2009-03-09 2009-07-29 清华大学 一种基于分区的血管化脂肪组织及其构建方法
US20100261270A1 (en) * 2007-12-10 2010-10-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Patterned cell sheets and a method for production of the same
CN102198022A (zh) * 2011-05-23 2011-09-28 西安交通大学 一种活性细胞-水凝胶类器官结构体的立体成形方法
CN102586106A (zh) * 2006-01-23 2012-07-18 杨炜 三维空间细胞培养系统制备方法
US8343740B2 (en) * 2007-03-29 2013-01-01 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Micro-organ device
CN103614297A (zh) * 2013-11-20 2014-03-05 南方医科大学珠江医院 仿肝板结构肝细胞三维培养装置及其培养方法
CN204162724U (zh) * 2014-09-28 2015-02-18 天津卫凯生物工程有限公司 一种用于生物样品灌注式培养的灌注盖
EP2429600B1 (en) * 2009-05-15 2017-09-06 Nanyang Technological University Composition for manufacturing a scaffold for tissue engineering, and a method of making it
CN107921178A (zh) * 2015-05-05 2018-04-17 哈佛大学的校长及成员们 管状组织构造和打印方法
CN108047482A (zh) * 2017-12-12 2018-05-18 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种多孔壳聚糖微载体及其制备方法和应用
CN109517737A (zh) * 2018-11-06 2019-03-26 中国科学院过程工程研究所 一种微流控芯片和基于该芯片的肿瘤转移模型及模型构建方法和应用
CN208762505U (zh) * 2018-04-04 2019-04-19 浙江大学 一种数字化微阵列器官芯片
CN110055221A (zh) * 2019-04-16 2019-07-26 清华大学 一种基于细胞三维打印技术的类脑疾病治疗组织模型及其制备方法与应用
KR20190090478A (ko) * 2018-01-25 2019-08-02 오스템임플란트 주식회사 임플란트 드릴링 실습용 치아모형

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0967273B1 (en) * 1998-06-23 2005-12-21 Terumo Kabushiki Kaisha Cell supporting matrix, cell culture device, and fluid treating device
CN102586106A (zh) * 2006-01-23 2012-07-18 杨炜 三维空间细胞培养系统制备方法
DE102006058730A1 (de) * 2006-12-13 2008-06-19 Dot Gmbh Zellkulturträger
US8343740B2 (en) * 2007-03-29 2013-01-01 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Micro-organ device
US20100261270A1 (en) * 2007-12-10 2010-10-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Patterned cell sheets and a method for production of the same
CN101492655A (zh) * 2009-03-09 2009-07-29 清华大学 一种基于分区的血管化脂肪组织及其构建方法
EP2429600B1 (en) * 2009-05-15 2017-09-06 Nanyang Technological University Composition for manufacturing a scaffold for tissue engineering, and a method of making it
CN102198022A (zh) * 2011-05-23 2011-09-28 西安交通大学 一种活性细胞-水凝胶类器官结构体的立体成形方法
CN103614297A (zh) * 2013-11-20 2014-03-05 南方医科大学珠江医院 仿肝板结构肝细胞三维培养装置及其培养方法
CN204162724U (zh) * 2014-09-28 2015-02-18 天津卫凯生物工程有限公司 一种用于生物样品灌注式培养的灌注盖
CN107921178A (zh) * 2015-05-05 2018-04-17 哈佛大学的校长及成员们 管状组织构造和打印方法
CN108047482A (zh) * 2017-12-12 2018-05-18 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种多孔壳聚糖微载体及其制备方法和应用
KR20190090478A (ko) * 2018-01-25 2019-08-02 오스템임플란트 주식회사 임플란트 드릴링 실습용 치아모형
CN208762505U (zh) * 2018-04-04 2019-04-19 浙江大学 一种数字化微阵列器官芯片
CN109517737A (zh) * 2018-11-06 2019-03-26 中国科学院过程工程研究所 一种微流控芯片和基于该芯片的肿瘤转移模型及模型构建方法和应用
CN110055221A (zh) * 2019-04-16 2019-07-26 清华大学 一种基于细胞三维打印技术的类脑疾病治疗组织模型及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MOLLY E. BOUTIN;;LIANA L. KRAMER;;LIANE L. LIVI: "A three-dimensional neural spheroid model for capillary-like network formation", 《JOURNAL OF NEUROSCIENCE METHODS》 *
SAGLAM-METINER PELIN;;GULCE-IZ SULTAN;;BIRAY-AVCI CIGIR: "Bioengineering-inspired three-dimensional culture systems Organoids to create tumor microenvironment", 《GENE》 *
THOMAS J. HINTON;QUENTIN JALLERAT;RACHELLE N. PALCHESKO;JOON HYU: "Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels", 《SCIENCE ADVANCES》 *
YIN YU；IBRAHIM T.OZBOLAT: "Tissue strands as "bioink" for scale-up organ printing", 《2014 36TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY》 *
方可敬: "一种细胞培养检测用双层水凝胶微流控芯片的研制及其应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *
毛伟；连芩; 李涤尘; 贾书海: "立体空心血管网水凝胶支架的3D打印工艺研究", 《机械工程学报》 *
王高尚;贾志栋; 李阳; 彭青; 高毅: "利用海藻酸水凝胶构建仿肝板肝组织三维共培养模型", 《重庆医学》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111117884A (zh) * 2019-12-30 2020-05-08 清华大学 多流道组织支架及其制备方法与应用
CN114949369A (zh) * 2021-02-19 2022-08-30 清华大学 一种人工组织器官的封装装置及其制备方法和应用
CN114949369B (zh) * 2021-02-19 2023-09-05 清华大学 一种人工组织器官的封装装置及其制备方法和应用
CN113189317A (zh) * 2021-04-29 2021-07-30 广东省人民医院 一套人工血管三维静态培养的实验装置及其使用方法
CN113528338A (zh) * 2021-07-19 2021-10-22 中国医科大学 一种用于药物筛选的专用组合模具及其使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110556046B (zh) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110556046B (zh) 一种双网络结构三维组织模型及其灌流一体化制备方法
Sun et al. The bioprinting roadmap
CN111201047B (zh) 组织构建体、其生产和使用方法
DE69621790T2 (de) Filtervorrichtung
CN104207859B (zh) 利用旋转堆积法制备组织器官的方法及专用设备
CN103328625A (zh) 生物反应器
CN111065422A (zh) 制造多层管状组织构建体的方法
US10760053B2 (en) Method of manufacturing or differentiating mammalian pluripotent stem cells or progenitor cells using a hollow fiber bioreactor
US11898159B2 (en) Methods of making spheroids including biologically-relevant materials
CN108410797A (zh) 在中空纤维生物反应器中扩增干细胞
WO2018187686A1 (en) Method of manufacturing and purifying exosomes from non-terminally differentiated cells
CN110403731B (zh) 基于活细胞3d打印的组织工程仿生肝叶结构及制备方法
CN104840272A (zh) 一种具有内置营养通道的三维生物结构的打印方法
CN118203699A (zh) 用于基底膜支架的薄膜插入
US20210123013A1 (en) System for cell culture in a bioreactor
WO2019237061A1 (en) A 3d bioprinted perfusable platform for high-throughput disease modeling and drug screening
EP1706103B1 (en) Three-dimensional mammalian ovarian follicular cell and ovarian follicle culture systems in a biocompatible matrix
US7695958B2 (en) Cell-filled hollow fiber membranes having modified cross-section
CN113373052B (zh) 一种基于微流控技术的类器官成型芯片及其工作方法
US20240084238A1 (en) Use of 3d porous structure for platelet production
CN113755425B (zh) 一种载三维胰岛β细胞聚集体的多孔微载体的制备方法
CN106137458B (zh) 一种血管浇注成型装置及方法
CN102266588B (zh) 一种基于蔗糖纤维模板的载细胞微通道水凝胶的制备方法
DE10326749A1 (de) Hybrides Kreislaufsystem
US20230407220A1 (en) Novel tissue culture systems and reduced gravity culture method for the production of vascularized tissue

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220304

Address after: 518118 No. 304, plant 3, Huahan science and Technology Industrial Park, No. 19, LanJin 4th Road, Heping community, Pingshan street, Pingshan District, Shenzhen, Guangdong

Patentee after: Shenzhen collaborative innovation high tech Development Co.,Ltd.

Address before: 710049 No. 28, Xianning Road, Xi'an, Shaanxi

Patentee before: XI'AN JIAOTONG University