CN113786521B - 一种组合式支架及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合式支架及其制备方法与应用，上述组合式支架包括A边框与B边框，所述A边框的一侧贴合有第一膜，所述B边框的一侧贴合有第二膜，所述B边框远离第二膜的一面嵌合于A边框远离第一膜的一面。本发明采用组合式支架，仅需将细胞液倒入支架内部，再与另一半带膜边框嵌合。内空腔中细胞的灌注更方便快捷，解决了常规支架由管口灌注细胞难的问题；不存在中间腔室结构，因而不存在腔室残留的问题。

Description

一种组合式支架及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种组合式支架。
背景技术
糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病，高血糖则是由于胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损所致。糖尿病作为一种慢性病，严重影响了人们的生活质量。吃药和打针是目前治疗糖尿病的两种主流方法，但药物治疗始终无法实现血糖的精准调控，长期的药物副作用会导致患者病情的进一步恶化，同时伴随着严重的并发症。摆脱传统的药物疗法，开发新型的细胞疗法来调控血糖是治疗糖尿病的主流发展方向。
通过向患者体内注入或植入异体或异源的胰岛细胞，取代患者原有受损胰岛细胞的正常功能性，这是细胞疗法治疗糖尿病的基本原理。但非自体细胞进入患者体内，必然引起强烈的免疫原响应性，进而造成新植入胰岛细胞的排斥反应。通过构建一种具备免疫屏障功能的细胞腔室可解决上述问题。
目前，细胞的免疫屏障保护层主要有水凝胶和带空腔结构半透膜支架两种类型。通过调控网络孔隙结构，可有效隔离免疫细胞和抗体等组分，再结合适当的防纤维化改性涂层，可实现长期的血糖调控效果。鉴于支架需具备可追踪、可回收的要求，含水凝胶或不含水凝胶的支架是目前可植入支架的主要发展方向。
通过合理的结构设计，最大化支架的比表面积，保证内封装细胞充分的营养物质供给是目前支架急需解决的问题。此外，考虑到血管的有效营养物质供给距离仅为500um以内，为了保证内封装细胞充分的营养物质供给，支架通常被设计成一种扁平的结构，这种结构极大影响了内封装细胞的灌注难度，尤其是大剂量细胞的灌注。此外，现有支架主要由两片半透膜封装而成，为了有效控制两片半透膜的间距，需对两片膜的多个位点进行点焊接处理。这种结构特点也增大了细胞的灌注难度。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：
提供一种组合式支架。
本发明所要解决的第二个技术问题是：
提供一种上述组合式支架进行组织封装的的方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是：
本发明还提出一种组合式支架在调控血糖中的应用
本发明还提出一种组合式支架在隔离免疫细胞和抗体中的应用。
本发明还提出一种医用辅料，包括所述的一种组合式支架。
本发明还提出一种组织工程支架，包括上述的支架以及由上述支架封装的细胞。
为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种组合式支架，包括A边框与B边框，所述A边框的一端开口采用第一膜封闭，所述B边框的一端开口采用第二膜封闭，所述B边框远离所述第二膜的另一端开口与所述A边框远离所述第一膜的另一端开口配合，通过所述A边框的所述另一端开口与所述B边框的所述另一端开口配合连接，使所述A边框和所述B边框紧密连接构建成密闭的腔室。
根据本发明的一种实施方式，上述A边框与B边框材料选用生物相容性高分子材料。
根据本发明的一种实施方式，上述A边框与B边框材料选用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述第一膜为聚醚砜膜、纤维素膜、聚偏氟乙烯膜、聚氨酯膜和尼龙膜中的至少一种；所述第二膜为聚醚砜膜、纤维素膜、聚偏氟乙烯膜、聚氨酯膜和尼龙膜中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述第一膜和第二膜的厚度为10-100μm。
根据本发明的一种实施方式，上述第一膜和第二膜都为多孔膜，且两者的孔径都为10nm-8μm。
根据本发明的一种实施方式，上述第一膜和第二膜为亲水性膜。
根据本发明的一种实施方式，上述第一膜和第二膜厚度为10-40μm。
为了解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种利用上述一种组合式支架进行组织封装的方法，包括以下步骤：
将所述A边框吸塑成型，在所述第一膜上形成腔室，将细胞液置于所述腔室内，将所述B边框远离第二膜的一面与A边框远离第一膜的一面连接，使所述细胞液封装在所述腔室内，得到封装有细胞的支架。
根据本发明的一种实施方式，将上述封装有细胞的支架浸入BaCl2或CaCl2离子生理盐水中，离子交联一段时间后，取出支架，用生理盐水洗涤。
根据本发明的一种实施方式，上述BaCl2或CaCl2离子的浓度为0.0001wt-30wt％。
根据本发明的一种实施方式，上述离子交联时间为0.001h-20h。
本发明将现有的带腔室结构支架的边框拆分为两个独立的结构，先分别与一片膜热封装，然后通过嵌合的方式实现了整体支架的密封。相较于常规的带灌注管口的支架，本发明的封装过程简单，细胞灌注更为便捷。
现有膜成型工艺主要是吸塑热成型、吹塑热成型，上述工艺目前主要用于厚度在0.1mm以上热塑性塑料膜的成型。而阴阳模热成型是针对超薄聚四氟乙烯(PTFE)膜的主要成型方式，但此方式对模具精度要求很高，需对成型过程严格把控。本发明采用吸塑成型和水凝胶的凝胶固化定型，实现了支架的表面形貌异构。本发明的成型工艺更为简单、温和，操作过程中无需用到复杂的模具。
当膜的厚度过薄时，如厚度为0.1mm以内，膜的强度较差，整体结构很软，无结构支撑力。(例如保鲜膜，很软，塑化成型的定型效果差，易变形)。先采用边框将超薄膜固定，然后在此基础上进行吸塑成型，这使得本发明能够将吸塑热成型运用到超薄膜上。
本发明上述组合式支架，将聚四氟乙烯分别设于边框A与B的一侧，然后只需要对一个点进行焊接处理，这样就可以在边框A与B的远离聚四氟乙烯的一侧处，灌注细胞了。
为了提升半透膜的生物相容性，带有空腔结构的支架需进行表层的抗蛋白粘附改性，而残留在腔室中的改性组分不易从管口洗出。
为了保证内封装细胞充分的营养组分/代谢组分的交换，增大细胞与表层组织血管之间的接触面积，通常需对支架进行表面成型处理。本发明不带有空腔结构的支架的表面形貌异构难度较小，促进了膜的成型方式。
根据本发明的一种实施方式，采用热焊机将上述聚四氟乙烯热焊接于边框A与B的同一侧。
根据本发明的一种实施方式，上述热焊接温度为100-1000℃。
根据本发明的一种实施方式，上述热焊接时间为1-1000秒。
根据本发明的一种实施方式，上述将上述B边框嵌合于A边框之后，还包括进一步固定的步骤。
根据本发明的一种实施方式，上述进一步固定的步骤包括用胶水将物理嵌合的上述A边框与上述B边框紧密粘结在一起。
根据本发明的一种实施方式，上述胶水包括医用紫外光固化胶、医用瞬干胶中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述进一步固定的步骤还包括通过超声焊接机将上述A边框与上述B边框固定在一起。
根据本发明的一种实施方式，上述超声焊接机的功率为0.1-10kw。
根据本发明的一种实施方式，上述负压吸塑成型的真空度为0.0001-1MPa。
根据本发明的一种实施方式，上述负压吸塑成型的时间为0.001h-20h。
根据本发明的一种实施方式，上述含细胞海藻酸钠溶液倒入负压吸塑模具中的静置时间为0.001h-10h。
上述模具，分为抽真空负压孔和凸起柱两部分组成。抽真空负压孔直径为100um-3cm，间距为100um-10cm，深度为100um-30cm，所有抽真空负压孔均等间距排列。凸起柱直径为100um-10cm，间距为10um-10cm，高度为20um-10cm，所有凸起柱均等间距排列。凸起柱均在4个抽真空负压孔中心(边缘除外)。
本发明的另一个方面，还涉及上述组合式支架在制备调控血糖的药物或医疗器械中的应用。
本发明的再一个方面，还提供一种组合式支架在隔离免疫细胞和抗体中的应用。
本发明的再一个方面，还提供一种医用辅料，包括上述的一种组合式支架。
本发明的再一个方面，还提供一种组织工程支架，包括上述的支架以及由上述支架封装的细胞。
上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果：
1)本发明采用组合式支架，仅需将细胞液倒入支架内部，再与另一半带膜边框嵌合。内空腔中细胞的灌注更方便快捷，解决了常规支架由管口灌注细胞难的问题；
2)组合式支架由两个单侧带膜的边框组成，对上述单侧带膜边框的抗蛋白粘附改性过程较为简单，不存在中间腔室结构，因而不存在腔室残留的问题；
3)相较于封装成腔室结构的支架，组合式支架有两片单膜组成，而单膜表面形貌异构更容易，操作更简单方便。本发明采用吸塑成型的方法实现了膜的形貌异构。在吸塑成型过程中，将含细胞的水凝胶溶液倒入上述支架内部，进一步与另一片带膜边框嵌合，最后凝胶化处理。同步实现了细胞的封装和膜的定型。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为组合式边框A与边框B的封装示意图。
图2为本发明实施例1所得组合式支架的实物图。
图3为本发明实施例3模具图和形貌异构支架的实物图。
图4为本发明实施例3中含细胞支架的倒置显微镜图和活死染色图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二、第三等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定词语在本发明中的具体含义。
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
实施例1
定制两种不同规格尺寸的边框A与B，A边框与B边框的规格尺寸互补，B边框能够很好地嵌合于A边框。将厚度为30μm、孔径为1μm的亲水性聚四氟乙烯(PTFE)膜分别平铺于两个组合式边框A与B的一侧，采用热焊机将聚四氟乙烯(PTFE)膜与边框在200℃下热焊接处理20秒，然后将一侧封装有聚四氟乙烯(PTFE)膜的A边框与另一侧有聚四氟乙烯(PTFE)膜的B边框嵌合在一起。最后采用医用瞬干胶水将物理嵌合的A边框与B边框紧密粘结在一起。
实施例2
定制两种不同规格尺寸的边框A与B，A边框与B边框的规格尺寸互补，B边框能够很好地嵌合于A边框。将厚度为40μm、孔径为2μm的亲水性聚四氟乙烯(PTFE)膜分别平铺于两个组合式边框A与B的一侧，采用热焊机将聚四氟乙烯(PTFE)膜与边框在500℃下热焊接处理10秒，然后将一侧封装有聚四氟乙烯(PTFE)膜的A边框与另一侧有聚四氟乙烯(PTFE)膜的B边框嵌合在一起。最后，采用一定的模具，通过超声焊接的方式将A边框与B边框固定在一起。
实施例3
将一侧封装有聚四氟乙烯(PTFE)膜的A边框固定于吸塑模具上，调控真空泵的真空度为0.05MPa，在负压下对聚四氟乙烯(PTFE)膜进行负压吸塑成型1h。在上述真空度条件下，将含细胞的浓度为2wt％的海藻酸钠溶液倒入上述含聚四氟乙烯(PTFE)膜边框中，静置2h。然后将一侧带有聚四氟乙烯(PTFE)膜的B边框嵌合于A边框上，采用医用瞬干胶水将物理嵌合的A边框与B边框组合为一体。最后将上述含细胞的支架浸入BaCl2或CaCl2离子生理盐水中，离子交联30min，取出支架，用生理盐水洗涤10次。
上述钡离子和钙离子尺寸在1nm以内，上述聚四氟乙烯多孔膜，孔隙尺寸在30nm以上，所以钡离子和钙离子可以在膜内外自由扩散。
图4为本发明实施例3中含细胞支架的倒置显微镜图和活死染色图。将成纤维细胞(L929)与海藻酸钠溶液共混后，灌注入上述组合支架中，再用CaCl2凝胶固化。在完全培养基中培养14天后的显微图片(上面)和荧光染色活死图(下面)，两图均显示细胞在上述组合支架中具有很好的活性，组合支架可以作为细胞的载体。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所做的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种组合式支架，其特征在于：
包括A边框与B边框，所述A边框的一端开口采用第一膜封闭，所述B边框的一端开口采用第二膜封闭，所述B边框远离所述第二膜的另一端开口与所述A边框远离所述第一膜的另一端开口配合，通过所述A边框的所述另一端开口与所述B边框的所述另一端开口配合连接，使所述A边框和所述B边框紧密连接构建成密闭的腔室；
所述第一膜和第二膜的厚度为10-100μm；
所述第一膜和第二膜为亲水性膜；
将细胞封装到所述组合式支架中的方法，包括以下步骤：
将所述A边框上的第一膜在负压下吸塑成型，以在所述第一膜上形成腔室，将细胞液置于所述腔室内，将所述B边框远离第二膜的一面与A边框远离第一膜的一面连接，使所述细胞液封装在所述腔室内，得到封装有细胞的组合式支架。
2.根据权利要求1所述的一种组合式支架，其特征在于：所述第一膜为聚醚砜膜、纤维素膜、聚偏氟乙烯膜、聚氨酯膜和尼龙膜中的至少一种；所述第二膜为聚醚砜膜、纤维素膜、聚偏氟乙烯膜、聚氨酯膜和尼龙膜中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种组合式支架，其特征在于：所述第一膜和第二膜都为多孔膜，且两者的孔径都为10nm-8μm。
4.根据权利要求1所述的一种组合式支架，其特征在于：所述细胞液包括海藻酸钠溶液。
5.根据权利要求1所述的一种组合式支架，其特征在于：所述细胞液中，细胞浓度为0.1wt-10wt％。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种组合式支架在制备调控血糖的药物或医疗器械中的应用。
7.如权利要求1至5任一项所述的一种组合式支架在隔离免疫细胞和抗体中的应用。
8.一种医用辅料，其特征在于：包括如权利要求1至5任一项所述的一种组合式支架。
9.一种组织工程支架，包括权利要求1至5任一项所述的支架以及由所述支架封装的细胞。
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