CN113088484A - 一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及组织工程仿生模型技术领域，具体涉及一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型及其制备方法，该冷冻活性组织模型包括由无血清快速细胞冷冻液、细胞构成的细胞悬浮液以及浸泡在细胞悬浮液内的“海绵基”微流道结构，所述“海绵基”微流道结构用于模拟自然器官血管，内载海绵状的微观结构，由生物水凝胶经冷冻干燥制成。本发明的可长期保存的即用型冷冻活性组织模型具有仿生微流道结构和整体性的海绵式微观结构，既实现了与自然器官血管结构的相似性，又有利于营养和氧气的传输；采用生物材料、无血清快速细胞冻存液和细胞形成的可长期保存、即用型冷冻活性组织模型，既能保证长期储存，即用即解冻复苏，又能保持生物活性特征。

Description

一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型及其制备方法
技术领域
本发明涉及组织工程仿生模型技术领域，具体涉及一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型及其制备方法。
背景技术
生物组织工程学科的产生旨在为人类损坏的组织器官进行修复和再生，但是人们普遍发现，生物组织工程尚未在临床结果和商业化方面取得重大进展，这主要是因为组织工程领域涉及到许多不同的实验阶段和不同的学科交叉，这也就意味着具有活性的生物组织模型需要不同实验室和科研人员之间的相互协作完成。一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型不仅为实验室间的合作提供可能，而且为其商品化也提供了途径，并且能做大程度的实现可复制、和成本时间效益的可控。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型及其制备方法，该冷冻活性组织模型可以最大程度模拟体内组织微结构与生理环境，又能实现在长期低温保存后，其生物活性的最大化。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型，包括由无血清快速细胞冷冻液、细胞构成的细胞悬浮液以及浸泡在细胞悬浮液内的“海绵基”微流道结构，所述“海绵基”微流道结构用于模拟自然器官血管，内载海绵状的微观结构，由生物水凝胶经冷冻干燥制成。
进一步地，所述生物水凝胶由生物材料交联制成，生物材料为海藻酸钠、明胶、胶原或纤维蛋白，交联方法为钙离子交联法、酶交联法或超声交联法。
进一步地，所述的细胞悬浮液由无血清快速细胞冷冻液分散细胞，形成细胞悬浮液
进一步地，所述的细胞为肝细胞、骨细胞、干细胞、永生化细胞、肿瘤细胞或原代肝细胞。
进一步地，所述的细胞密度为1×～2×106Cells/ml。
进一步地，可长期保存的即用型冷冻活性组织模型长期存放于-80℃环境中，即用即解冻复苏活性，能够实现仿生活性组织的实验室间运输、商业化保存和无差别样本检测。
本发明还提供了上述一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型的制备方法，包括如下步骤：
S1、根据医学CT、核磁共振技术重构器官微观血管结构的三维计算机模型，将三维计算机模型以IGES格式导入计算机辅助设计软件进行实体化仿生设计，构建出具有微观流道结构的仿生模型；
S2、根据所述具有微观流道结构的仿生模型设计仿生模型模具图纸，其中，微流道直径在0.1～1.5mm之间；
将仿生模型模具图纸以STL格式导出，以树脂为材料利用光固化打印技术制备仿生模型模具；
S3、向制备所得的仿生模型模具内灌注液体硅橡胶，经固化得到硅橡胶仿生模型；
S4、向所述的硅橡胶仿生模型中灌注水，经过-20℃冷冻处理得到仿生模型的冰制模具；
S5、配制生物材料溶液，将生物材料溶液灌注到所述的冰制模具内，经交联、冷冻处理形成固态生物材料仿生模型；
S6、将所述固态生物材料仿生模型放入冷冻干燥机，经冷冻干燥处理24小时后，得到“海绵基”微流道结构模型；
S7、在无血清快速细胞冻存液中加入细胞制备细胞悬浮液；
S8、将所述的“海绵基”微流道结构模型泡入所述的细胞悬浮液中，并将其放置到-80℃环境中长期保存，即得到可长期保存的即用型冷冻活性组织模型。
进一步地，使用时，将所述的可长期保存的即用型冷冻活性组织模型放置于37℃的培养液中，并放于细胞培养箱中，4小时后更换培养液，即实现了活性仿生组织模型。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明的可长期保存的即用型冷冻活性组织模型具有仿生微流道结构和整体性的海绵式微观结构，既实现了与自然器官血管结构的相似性，又有利于营养和氧气的传输；
2)采用生物材料、无血清快速细胞冻存液和细胞形成的可长期保存、即用型冷冻活性组织模型，既能保证长期储存，即用即解冻复苏，又能保持生物活性特征。
附图说明
图1为本发明实施例可长期保存的即用型冷冻活性组织模型的结构示意图。
图2为本发明实施例可长期保存的即用型冷冻活性组织模型的制备方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
参照图1，一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型，包括由无血清快速细胞冷冻液、细胞Ⅱ构成的细胞悬浮液以及浸泡在细胞悬浮液内的“海绵基”微流道结构Ⅱ，所述“海绵基”微流道结构用于模拟自然器官血管，内载海绵状的微观结构，由生物水凝胶经冷冻干燥制成，所述的水凝胶由海藻酸钠钙离子交联法制成，所述生物水凝胶由生物材料交联制成，生物材料为海藻酸钠、明胶、胶原或纤维蛋白，交联方法为钙离子交联法、酶交联法或超声交联法，所述的细胞为肝细胞、骨细胞、干细胞、永生化细胞、肿瘤细胞或原代肝细胞，细胞密度为1×105Cells/ml，所述冷冻活性组织模型放入-80℃冷冻长期保存，使用时将冷冻体放入37℃培养液中，放置于培养箱保存。
实施例2
参照图2，本发明实施例的一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型的制备方法，包括如下步骤：
1)根据医学CT、核磁共振技术重构肝脏微观血管的三维计算机模型，将三维计算机模型以IGES格式导入计算机辅助设计软件(如PROE、UG等)进行实体化仿生设计，建出具有微流道结构的仿生肝模型，将仿生肝模型以STL格式导出，利用光固化打印技术制备出仿生肝树脂模型1，微流道直径为100um，如图2(a)所示；
2)向步骤1)制备的仿生肝树脂模型1上灌注液体硅橡胶2如图2(b)所示，经固化得到仿生肝硅橡胶模具3，如图2(c)所示；
3)向步骤2)制备的仿生肝硅橡胶模具3中灌注水4，如图2(d)所示，经过-20℃冷冻处理得到仿生肝模型的冰制模具5，如图2(e)所示；
4)配置生物材料溶液，由海藻酸钠经钙离子交联法制备，生物材料海藻酸钠溶液6灌注到步骤3)制备的冰制模具5，经钙离子交联法、冷冻处理形成固态生物材料仿生模型,如图2(f)所示；
5)将步骤4)制备的固态生物材料仿生模型放入冷冻干燥机，经冷冻干燥处理24h，得到“海绵基”微流道结构模型7，如图2(g)所示；
6)制备细胞悬浮液，在无血清快速细胞冻存液中加入密度为1×105Cells/ml的肝癌细胞，经均匀混和得到肝癌细胞悬浮液8，如图2(g)所示；
7)将步骤5)制备的“海绵基”微流道结构模型7泡入步骤6)制备的肝癌细胞悬浮液8中，并放置-80℃环境中9长期保存，即得到可长期保存，即用型冷冻活性肝癌组织模型，如图2(h)所示；
8)使用时，将步骤7)制备的可长期保存，即用型冷冻活性肝癌组织模型10放置于37℃的培养液11中，并放于细胞培养箱12中，4h后更换培养液，如图2(i)所示,即得到活性仿生肝癌组织模型13，如图2(j)所示。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型，其特征在于：包括由无血清快速细胞冷冻液、细胞构成的细胞悬浮液以及浸泡在细胞悬浮液内的“海绵基”微流道结构，所述“海绵基”微流道结构用于模拟自然器官血管，内载海绵状的微观结构，由生物水凝胶经冷冻干燥制成。
2.如权利要求1所述的一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型，其特征在于：所述生物水凝胶由生物材料交联制成，生物材料为海藻酸钠、明胶、胶原或纤维蛋白，交联方法为钙离子交联法、酶交联法或超声交联法。
3.如权利要求1所述的一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型，其特征在于：所述的细胞悬浮液由无血清快速细胞冷冻液分散细胞，形成细胞悬浮液。
4.如权利要求1所述的一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型，其特征在于：所述的细胞为肝细胞、骨细胞、干细胞、永生化细胞、肿瘤细胞或原代肝细胞。
5.如权利要求1所述的一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型，其特征在于：所述的细胞密度为1×～2×106Cells/ml。
6.如权利要求1所述的一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型，其特征在于：可长期保存的即用型冷冻活性组织模型长期存放于-80℃环境中，即用即解冻复苏活性，能够实现仿生活性组织的实验室间运输、商业化保存和无差别样本检测。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、根据医学CT、核磁共振技术重构器官微观血管结构的三维计算机模型，将三维计算机模型以IGES格式导入计算机辅助设计软件进行实体化仿生设计，构建出具有微观流道结构的仿生模型；
S2、根据所述具有微观流道结构的仿生模型设计仿生模型模具图纸，其中，微流道直径在0.1～1.5mm之间；
将仿生模型模具图纸以STL格式导出，以树脂为材料利用光固化打印技术制备仿生模型模具；
S3、向制备所得的仿生模型模具内灌注液体硅橡胶，经固化得到硅橡胶仿生模型；
S4、向所述的硅橡胶仿生模型中灌注水，经过-20℃冷冻处理得到仿生模型的冰制模具；
S5、配制生物材料溶液，将生物材料溶液灌注到所述的冰制模具内，经交联、冷冻处理形成固态生物材料仿生模型；
S6、将所述固态生物材料仿生模型放入冷冻干燥机，经冷冻干燥处理24小时后，得到“海绵基”微流道结构模型；
S7、在无血清快速细胞冻存液中加入细胞制备细胞悬浮液；
S8、将所述的“海绵基”微流道结构模型泡入所述的细胞悬浮液中，并将其放置到-80℃环境中长期保存，即得到可长期保存的即用型冷冻活性组织模型。
8.如权利要求7所述的一种可长期保存的即用型冷冻活性组织模型的制备方法，其特征在于：使用时，将所述的可长期保存的即用型冷冻活性组织模型放置于37℃的培养液中，并放于细胞培养箱中，4小时后更换培养液，即实现了活性仿生组织模型。
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