CN114404661A - 一种仿生体表组织及其分步构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种仿生体表组织及其分步构建方法，该方法包括以下具体步骤：利用静电纺丝仪将软骨脱细胞基质光敏凝胶及辅助剂制备成微/纳米纤维膜，并制备仿生软骨膜；将软骨脱细胞基质光敏凝胶及辅助剂溶于完全培养基中形成软骨水凝胶；将种子细胞加入软骨水凝胶中形成生物墨水；利用仿生软骨膜和生物打印的软骨构建仿生体表组织。模拟含软骨膜体表组织的结构和组成成分特点，使用脱细胞基质材料，结合静电纺丝和生物打印技术实现成分和结构的双重仿生，并使用不同的功能细胞实现基质仿生，分步构建双侧为软骨膜、中间为软骨组织的体表软骨组织，由结构和成分的仿生达到力学的仿生，提高构建物力学强度，满足体表组织再造的临床应用需求。

Description

一种仿生体表组织及其分步构建方法
技术领域
本发明涉及三维生物打印及组织器官修复重建技术领域，具体涉及一种仿生体表组织及其分步构建方法。
背景技术
先天性疾病、创伤等导致的耳软骨缺损严重影响患者的身心健康，而修复重建的难题为家庭和社会带来了沉重的负担。软骨组织工程为耳廓再造提供了新的策略，前期已经利用聚羟基乙酸/聚乳酸(PGA/PLA)和软骨细胞成功实现了组织工程耳廓的首个国际临床突破。但是，长期随访发现再造耳廓存在三维结构逐渐模糊、萎缩、变形和塌陷等现象，长期临床效果未达预期。组织工程耳廓的力学强度不足成为制约其临床推广应用的瓶颈。宏观的生物力学特性与组织成分及微观结构密切相关。因此，力学性能不足的核心问题是基质和微观结构形成的不充分。
软骨特异性基质成分及微观结构特点，以及软骨膜的存在共同赋予耳软骨良好的弹性和力学强度。耳廓软骨存在多尺度的结构特点，大体上来看耳软骨分为三层，由双侧软骨膜以及中间软骨组织构成；组织学显示两侧软骨膜为平行排列的数层疏松纤维组织；中间层细胞与软骨膜平行，胶原纤维交叉成网状，可见散在分布的纤维组织锚定并生长入软骨组织中。软骨膜不但为软骨组织提供营养和保护，在软骨的力学性能中也发挥重要作用。因此，软骨特异性基质的成分和结构特点及软骨膜的存在共同赋予耳软骨良好的弹性和力学强度。因此，模拟耳软骨及软骨膜组织成分及微观结构特点，进行分步仿生构建，可能是解决力学难题的一个突破口。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种仿生体表组织及其分步构建方法，旨在解决现有技术中的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种仿生体表组织的分步构建方法，包括以下具体步骤：
S1：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的强度增强剂溶解到六氟异丙醇中，获得强度增强剂和软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数分别为10-50％和30-80％的溶液，然后将上述溶液加入静电纺丝仪内制备成软骨膜微纳米纤维膜；
S2：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的辅助剂同时溶于完全培养基中，获得辅助剂和软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数分别为10-50％和30-80％的软骨水凝胶；
S3：将适量的种子细胞接种到所述S1软骨膜微纳米纤维膜中形成种子细胞浓度为(1～50)×106/mL的仿生软骨膜，同时将适量的种子细胞接种到所述S2软骨水凝胶中形成种子细胞浓度为(1～50)×106/mL的软骨生物墨水；
S4：利用所述S3仿生软骨膜和软骨生物墨水分步构建仿生体表组织。
本发明的有益效果是：本发明模拟含软骨膜体表组织的结构和组成成分特点，使用脱细胞基质材料，结合静电纺丝和生物打印技术实现成分和结构的双重仿生，并使用不同的功能细胞实现基质仿生，分步构建双侧为软骨膜、中间为软骨组织的体表软骨组织，由结构和成分的仿生达到力学的仿生，提高构建物力学强度，满足体表组织再造的临床应用需求。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述S1之前还包括S0：对软骨组织进行预处理，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶。
采用上述进一步方案的有益效果是制备工艺简单，为软骨膜和软骨生物墨水提供仿生材料软骨脱细胞基质光敏凝胶。
进一步，所述S0中的软骨组织为耳软骨、关节软骨、肋软骨、肩胛软骨及半月板中的一种或多种。
采用上述进一步方案的有益效果是获取方便，有利于仿生再造体表组织的制备。
需要说明的是，上述软骨组织通常采用的是猪的软骨组织，可在市场上购买到，可实现工业化生产。
进一步，所述S0包括以下具体步骤：
S01：软骨组织经液氮冷却后由粉碎机粉碎成软骨粉末，并依次经脱细胞处理和酶消化处理后制成软骨脱细胞基质；
S02：称取适量的软骨脱细胞基质溶于适量的去离子水中配制成质量百分数为0.1～10％的软骨脱细胞基质水溶液，然后在冰浴条件下以0.1～1mL/min的速度加入甲基丙烯酸酐并混匀，获得甲基丙烯酸酐质量百分数为0.1～1％的混合溶液；
加入浓度为1～10mol/L的氢氧化钠，使得上述混合溶液维持pH值在8～10之间，并于4℃避光条件下持续搅拌反应8-12小时；
反应结束后，用浓度为1～10mol/L的盐酸中和至pH为7，然后将中和后的溶液装在透析袋内在蒸馏水中充分透析后7天以上后冷冻干燥，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶。
采用上述进一步方案的有益效果是软骨组织致密，将软骨组织彻底粉碎后再行脱细胞和酶消化处理，可以彻底脱干净细胞，去除免疫原性；经甲基丙烯酸酐修饰后的软骨脱细胞基质具有快速的光固化性能，具备可打印性；软骨脱细胞基质作为天然可降解材料，生物相容性好，免疫原性低，更重要的是，其含有的软骨基质成分可以提供软骨再生微环境，促进软骨细胞基质分泌和软骨形成。
进一步，所述S01中的脱细胞处理为低渗处理、胰蛋白酶处理、去污剂处理和核酸酶处理中的一种或多种组合。
采用上述进一步方案的有益效果是工艺简单，操作简便，省时省力。
进一步，所述S4包括以下具体步骤：
S41：构建人体体表组织形态的三维数字模型；
S42：基于上述三维数字模型，将所述S3的仿生软骨膜经模具压制成体表组织形态，同时利用3D生物打印机将所述S3的软骨生物墨水打印成蜂窝状的软骨，成型后的仿生软骨膜和软骨经蓝光照射使其交联并粘连在一起，以构建成两侧为仿生软骨膜且中间为软骨生物墨水的仿生体表组织。
采用上述进一步方案的有益效果是工艺简单，分步构建两侧为软骨膜且中间为软骨生物墨水的仿生体表组织，仿生效果较佳。
进一步，所述S1中的强度增强剂为聚己内酯、聚羟基乙酸、聚乳酸及聚氨酯中的一种或多种组合。
采用上述进一步方案的有益效果是可以提供更强的生物力学支撑，进而保证复杂精细三维结构的形态保真度。
进一步，所述S2中的辅助剂为甲基丙烯酸明胶、甲基丙烯酸透明质酸、甲基丙烯酸海藻酸钠、甲基丙烯酸丝素蛋白、甲基丙烯酸壳聚糖、甲基丙烯酸硫酸软骨素及甲基丙烯酸弹性蛋白中的一种或多种组合。
采用上述进一步方案的有益效果是单一的软骨脱细胞基质水凝胶成型稳定性较差，辅以甲基丙烯酸明胶等平衡可打印性和物理特性以保证结构稳定性，同时还可以补充脱细胞过程中损失的部分胶原成分。
进一步，所述S3中的种子细胞为耳廓软骨细胞、关节软骨细胞、脂肪间充质干细胞、骨髓间充质干细胞、脐带间充质干细胞、胚胎干细胞及诱导多能干细胞中一种或多种。
采用上述进一步方案的有益效果是获取方便，其可在生物墨水中生长，增殖和分泌细胞外基质，借助细胞梯度形成基质梯度，达到功能细胞的仿生，有利于后续再造体表组织的制备。
本发明还提供一种采用如上所述的分步构建方法制备的仿生体表组织。
采用上述进一步方案的有益效果是本发明模拟含软骨膜体表组织的结构和组成成分特点，使用脱细胞基质材料，结合静电纺丝和生物打印技术实现成分和结构的双重仿生，并使用不同的功能细胞实现基质仿生，分步构建双侧为软骨膜、中间为软骨组织的体表软骨组织，由结构和成分的仿生达到力学的仿生，提高构建物力学强度，满足体表组织再造的临床应用需求。
附图说明
图1为本发明的制备流程图；
图2为本发明的操作流程图；
图3为本发明中软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为30％时的软骨膜微/纳米纤维膜的扫描电子显微镜结果；
图4为本发明中软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为50％时的软骨膜微/纳米纤维膜的扫描电子显微镜结果；
图5为本发明中软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为70％时的软骨膜微/纳米纤维膜的扫描电子显微镜结果；
图6为本发明中软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数分别为30％、50％和70％时的软骨膜微/纳米纤维直径大小比照图；
图7为本发明中软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数分别为30％、50％和70％时的软骨膜微/纳米纤维膜拉伸力学杨氏模量结果；
图8为本发明中构建的两侧为软骨膜且中间为软骨生物墨水的体表组织大体外观示意图；
图9为本发明中构建的两侧为软骨膜且中间为软骨生物墨水的体表组织的扫描电子显微镜结果；
图10为本发明中种子细胞接种在软骨膜微纳米纤维膜上1天时的荧光共聚焦结果；
图11为本发明中种子细胞接种在软骨膜微纳米纤维膜上5天时的荧光共聚焦结果；
图12为本发明中种子细胞接种在软骨膜微纳米纤维膜上1天时的扫描电子显微镜结果；
图13为本发明中种子细胞接种在软骨膜微纳米纤维膜上9天时的扫描电子显微镜结果。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1至图13所示，本实施例提供一种仿生体表组织的分步构建方法，包括以下具体步骤：
S1：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的强度增强剂溶解到六氟异丙醇中，获得强度增强剂和软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数分别为10-50％和30-80％的溶液，然后将上述溶液加入静电纺丝仪内制备成软骨膜微/纳米纤维膜；
S2：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的辅助剂同时溶于完全培养基中，获得辅助剂和软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为10-50％和30-80％的软骨水凝胶；
其中，软骨生物墨水中可以加入碱性成纤维生长因子、胰岛素样生长因子、胰岛素-转铁蛋白、转化生长因子、形态发生蛋白、地塞米松及维生素C中的一种或多种组分；
S3：将适量的种子细胞接种到所述S1软骨膜纳米纤维膜中形成种子细胞浓度为(1～50)×106/mL的仿生软骨膜，同时将适量的种子细胞接种到所述S2软骨水凝胶中形成种子细胞浓度为(1～50)×106/mL的软骨生物墨水；
S4：利用所述S3仿生软骨膜和软骨生物墨水分步构建仿生体表组织。
本实施例模拟含软骨膜体表组织的结构和组成成分特点，使用脱细胞基质材料，结合静电纺丝和生物打印技术实现成分和结构的双重仿生，并使用不同的功能细胞实现基质仿生，分步构建双侧为软骨膜、中间为软骨组织的体表软骨组织，由结构和成分的仿生达到力学的仿生，提高构建物力学强度，满足体表组织再造的临床应用需求。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例中，所述S1之前还包括S0：对软骨组织进行预处理，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶。制备工艺简单，为软骨膜和软骨生物墨水提供仿生原材料软骨脱细胞基质光敏凝胶
实施例3
在实施例2的基础上，本实施例中，所述S0中的软骨组织为耳软骨、关节软骨、肋软骨、肩胛软骨及半月板中的一种或多种。获取方便，有利于仿生再造体表组织的制备。
需要说明的是，上述软骨组织通常采用的是猪的软骨组织，可在市场上购买到，可实现工业化生产。
实施例4
在实施例2至实施例3任一项的基础上，本实施例中，所述S0包括以下具体步骤：
S01：软骨组织经液氮冷却后由粉碎机粉碎成软骨粉末，并依次经脱细胞处理和酶消化处理后制成软骨脱细胞基质；
S02：称取适量的软骨脱细胞基质溶于适量的去离子水中配制成质量百分数为0.1～10％的软骨脱细胞基质水溶液，然后在冰浴条件下以0.1～1mL/min的速度加入甲基丙烯酸酐并混匀，获得甲基丙烯酸酐质量百分数为0.1～1％的混合溶液；
加入浓度为1～10mol/L的氢氧化钠，使得上述混合溶液维持pH值在8～10之间，并于4℃避光条件下持续搅拌反应8-12小时；
反应结束后，用浓度为1～10mol/L的盐酸中和至pH为7，然后将中和后的溶液装在透析袋(透析分子量为3500d)内在蒸馏水中充分透析后7天以上后冷冻干燥(真空冷冻干燥，-40°抽真空)，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶(粉末状)。
软骨组织致密，将软骨组织彻底粉碎后再行脱细胞和酶消化处理，可以彻底脱干净细胞，去除免疫原性；经甲基丙烯酸酐修饰后的软骨脱细胞基质具有快速的光固化性能，具备可打印性；软骨脱细胞基质作为天然可降解材料，生物相容性好，免疫原性低，更重要的是，其含有的软骨基质成分可以提供软骨再生微环境，促进软骨细胞基质分泌和软骨形成。
优选地，本实施例中，所述S01中的粉碎机包括低温冷冻研磨仪，采用低温冷冻研磨仪粉碎制成软骨粉末。
另外，所述S01中的粉碎机还包括组织破碎机，通过组织破碎机将上述软骨粉末进一步粉碎形成粒径在100-500um的软骨粉末。
实施例5
在实施例4的基础上，本实施例中，所述S01中的脱细胞处理为低渗处理、胰蛋白酶处理、去污剂处理和核酸酶处理中的一种或多种组合。工艺简单，操作简便，省时省力。
上述脱细胞处理的具体步骤为：软骨粉末依次经0.5％胰蛋白酶溶液37℃处理24小时、核酸酶溶液37℃处理4小时、10mM Tris-HCL于37℃处理24小时、1％Triton X-100于37℃处理24小时、去离子水充分洗涤3天。
优选地，本实施例中，所述S01中的酶消化处理为胶原酶处理、胃蛋白酶处理和透明质酸酶处理中的一种或多种组合消化方法。
上述酶消化处理制备水溶性的软骨脱细胞基质的具体步骤为：软骨脱细胞基质粉末经0.15％胶原酶或胃蛋白酶溶液于37℃处理24小时，3500D透析膜于去离子水中充分透析3天，真空冷冻干燥处理。
实施例6
在上述各实施例的基础上，本实施例中，所述S4包括以下具体步骤：
S41：构建人体体表组织形态的三维数字模型；
S42：基于上述三维数字模型，将所述S3的仿生软骨膜经模具压制成体表组织形态，同时利用3D生物打印机将所述S3的软骨生物墨水打印成蜂窝状的软骨(实质上指的是软骨生物墨水)，成型后的仿生软骨膜和软骨经蓝光照射使其交联并粘连在一起，以构建成两侧为仿生软骨膜且中间为软骨生物墨水的仿生体表组织。
软骨膜的平行排列图案仿生软骨膜中的胶原平行排列方式，可以提高组织的抗拉强度；软骨层的蜂窝状打印图案仿生软骨基质中纤维的蜂窝网状结构，提高组织的整体性和稳定性；同时，整合3D生物打印技术，可实现细胞和材料的精准空间分布，既解决了形态控制的问题，又保证了细胞和材料的定向分布，可以实现含软骨膜体表组织的分步仿生构建；同时还可以添加各类生物活性因子，为进一步的梯度构造或定向差异排列的调控功能提供了可能。
该实施例工艺简单，分步构建两侧为软骨膜且中间为软骨生物墨水的仿生体表组织，仿生效果较佳。
优选地，本实施例中，所述S41可应用CT(电子计算机断层扫描)、MRI(磁共振成像)或激光扫描、经计算机辅助设计构建人体体表组织形态的三维数字模型。
实施例7
在上述各实施例的基础上，本实施例中，所述S1中的强度增强剂为聚己内酯、聚羟基乙酸、聚乳酸及聚氨酯中的一种或多种组合。上述强度增强剂可以提供更强的生物力学支撑，进而保证复杂精细三维结构的形态保真度。
实施例8
在上述各实施例的基础上，本实施例中，所述S2中的辅助剂为甲基丙烯酸明胶、甲基丙烯酸透明质酸、甲基丙烯酸海藻酸钠、甲基丙烯酸丝素蛋白、甲基丙烯酸壳聚糖、甲基丙烯酸硫酸软骨素及甲基丙烯酸弹性蛋白中的一种或多种组合。
单一的软骨脱细胞基质水凝胶成型稳定性较差，辅以甲基丙烯酸明胶等平衡可打印性和物理特性以保证结构稳定性，同时还可以补充脱细胞过程中损失的部分胶原成分。
其中，所述S2可将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的甲基丙烯酸明胶和甲基丙烯酸弹性蛋白同时溶于完全培养基中，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶、甲基丙烯酸明胶和甲基丙烯酸弹性蛋白质量百分数为30-80％、10～50％及10～50％的软骨生物墨水。
实施例9
在上述各实施例的基础上，本实施例中，所述S3中的种子细胞为耳廓软骨细胞、关节软骨细胞、脂肪间充质干细胞、骨髓间充质干细胞、脐带间充质干细胞、胚胎干细胞及诱导多能干细胞中一种或多种。上述每一种子细胞均获取方便，其可在生物墨水中生长，增殖和分泌细胞外基质，借助细胞梯度形成基质梯度，达到功能细胞的仿生，有利于后续再造体表组织的制备。
实施例10
本实施例提供一种仿生体表组织的分步构建方法，其包括以下具体步骤：
S0：软骨组织经液氮冷却后由粉碎机粉碎成软骨粉末，并依次经脱细胞处理和酶消化处理后制成软骨脱细胞基质；
称取适量的软骨脱细胞基质溶于适量的去离子水中配制成质量百分数为0.1％的软骨脱细胞基质水溶液，然后在冰浴条件下以0.1mL/min的速度加入甲基丙烯酸酐并混匀，获得甲基丙烯酸酐质量百分数为0.1％的混合溶液；
加入浓度为1mol/L的氢氧化钠，使得上述混合溶液维持pH值在8之间，并于4℃避光条件下持续搅拌反应8小时；
反应结束后，用浓度为1mol/L的盐酸中和至pH为7，然后将中和后的溶液装在透析袋内在蒸馏水中充分透析后7天以上后冷冻干燥，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶；
S1：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的聚己内酯溶解到六氟异丙醇中，获得强度增强剂和软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数分别为10％和30％，然后将上述溶液加入静电纺丝仪内制备成软骨膜微/纳米纤维膜；
S2：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的甲基丙烯酸明胶和甲基丙烯酸弹性蛋白同时溶于完全培养基中，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶、甲基丙烯酸明胶和甲基丙烯酸弹性蛋白质量百分数为30％、10％及10％的软骨生物墨水；
S3：将适量的种子细胞接种到所述S1软骨膜微纳米纤维膜中形成种子细胞浓度为1×106/mL的仿生软骨膜，同时将适量的种子细胞接种到所述S2软骨水凝胶中形成种子细胞浓度为1×106/mL的软骨生物模式；
S4：构建人体体表组织形态的三维数字模型；
基于上述三维数字模型，将所述S3的仿生软骨膜经模具压制成体表组织形态，同时利用3D生物打印机将所述S3的软骨生物墨水打印成蜂窝状的软骨，成型后的仿生软骨膜和软骨经蓝光照射使其交联并粘连在一起，以构建成两侧为仿生软骨膜且中间为软骨生物墨水的仿生体表组织。
实施例11
本实施例提供一种仿生体表组织的分步构建方法，其包括以下具体步骤：
S0：软骨组织经液氮冷却后由粉碎机粉碎成软骨粉末，并依次经脱细胞处理和酶消化处理后制成软骨脱细胞基质；
称取适量的软骨脱细胞基质溶于适量的去离子水中配制成质量百分数为10％的软骨脱细胞基质水溶液，然后在冰浴条件下以1mL/min的速度加入甲基丙烯酸酐并混匀，获得甲基丙烯酸酐质量百分数为1％的混合溶液；
加入浓度为10mol/L的氢氧化钠，使得上述混合溶液维持pH值在10之间，并于4℃避光条件下持续搅拌反应8-12小时；
反应结束后，用浓度为10mol/L的盐酸中和至pH为7，然后将中和后的溶液装在透析袋内在蒸馏水中充分透析后7天以上后冷冻干燥，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶；
S1：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的聚己内酯溶解到六氟异丙醇中，获得强度增强剂和软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数分别为50％和80％的溶液，然后将上述溶液加入静电纺丝仪内制备成软骨膜微/纳米纤维膜；
S2：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的甲基丙烯酸明胶和甲基丙烯酸弹性蛋白同时溶于完全培养基中，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶、甲基丙烯酸明胶和甲基丙烯酸弹性蛋白质量百分数为80％、50％及50％的软骨生物墨水；
S3：将适量的种子细胞接种到所述S1软骨膜微纳米纤维膜中形成种子细胞浓度为50×106/mL仿生软骨膜，同时将适量的种子细胞接种到所述S2软骨水凝胶中形成种子细胞浓度为50×106/mL的软骨生物墨水；
S4：构建人体体表组织形态的三维数字模型；
基于上述三维数字模型，将所述S3的仿生软骨膜经模具压制成体表组织形态，同时利用3D生物打印机将所述S3的软骨生物墨水打印成蜂窝状的软骨，成型后的仿生软骨膜和软骨经蓝光照射使其交联并粘连在一起，以构建成两侧为仿生软骨膜且中间为软骨生物墨水的仿生体表组织。
实施例12
本实施例提供一种仿生体表组织的分步构建方法，其包括以下具体步骤：
S0：软骨组织经液氮冷却后由粉碎机粉碎成软骨粉末，并依次经脱细胞处理和酶消化处理后制成软骨脱细胞基质；
称取适量的软骨脱细胞基质溶于适量的去离子水中配制成质量百分数为5％的软骨脱细胞基质水溶液，然后在冰浴条件下以0.5mL/min的速度加入甲基丙烯酸酐并混匀，获得甲基丙烯酸酐质量百分数为0.6％的混合溶液；
加入浓度为6mol/L的氢氧化钠，使得上述混合溶液维持pH值在9之间，并于4℃避光条件下持续搅拌反应10小时；
反应结束后，用浓度为6mol/L的盐酸中和至pH为7，然后将中和后的溶液装在透析袋内在蒸馏水中充分透析后7天以上后冷冻干燥，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶；
S1：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的聚己内酯溶解到六氟异丙醇中，获得强度增强剂和软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数分别为30％和的溶液，然后将上述溶液加入静电纺丝仪内制备成软骨膜微/纳米纤维膜；
S2：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的甲基丙烯酸明胶和甲基丙烯酸弹性蛋白同时溶于完全培养基中，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶、甲基丙烯酸明胶和甲基丙烯酸弹性蛋白质量百分数为50％、30％及30％的软骨生物墨水；
S3：将适量的种子细胞接种到所述S1软骨膜微纳米纤维膜中形成种子细胞浓度为30×106/mL仿生软骨膜，同时将适量的种子细胞接种到所述S2软骨水凝胶中形成种子细胞浓度为30×106/mL的软骨生物墨水；
S4：构建人体体表组织形态的三维数字模型；
基于上述三维数字模型，将所述S3的仿生软骨膜经模具压制成体表组织形态，同时利用3D生物打印机将所述S3的软骨生物墨水打印成蜂窝状的软骨，成型后的仿生软骨膜和软骨经蓝光照射使其交联并粘连在一起，以构建成两侧为仿生软骨膜且中间为软骨生物墨水的仿生体表组织。
实施例13
在上述各实施例的基础上，本实施例还提供一种采用如上所述的分步构建方法制备的仿生体表组织。本发明模拟含软骨膜体表组织的结构和组成成分特点，使用脱细胞基质材料，结合静电纺丝和生物打印技术实现成分和结构的双重仿生，并使用不同的功能细胞实现基质仿生，分步构建双侧为软骨膜、中间为软骨组织的体表软骨组织，由结构和成分的仿生达到力学的仿生，提高构建物力学强度，满足体表组织再造的临床应用需求。
上述体表组织可以为耳廓组织，也可以为其他组织，例如鼻组织、气管组织和关节组织。
图3为本发明中软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为30％时的软骨膜微/纳米纤维膜的扫描电子显微镜结果；
图4为本发明中软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为50％时的软骨膜微/纳米纤维膜的扫描电子显微镜结果；
图5为本发明中软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为70％时的软骨膜微/纳米纤维膜的扫描电子显微镜结果；
图6为本发明中软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数分别为30％、50％和70％时的软骨膜微/纳米纤维直径大小比照图其中，A3P7：软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为30％，A5P5：软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为50％，A7P3：软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为70％；
图7为本发明中软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数分别为30％、50％和70％时的软骨膜微/纳米纤维膜拉伸力学杨氏模量结果，其中，A3P7：软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为30％，A5P5：软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为50％，A7P3：软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为70％；
图8为本发明中构建的两侧为软骨膜且中间为软骨生物墨水的体表组织大体外观示意图；
图9为本发明中构建的两侧为软骨膜且中间为软骨生物墨水的体表组织的扫描电子显微镜结果，显示软骨膜和软骨结合在在一起；
图10为本发明中种子细胞接种在软骨膜微纳米纤维膜上1天时的荧光共聚焦结果，显示细胞在软骨膜上生存良好；
图11为本发明中种子细胞接种在软骨膜微纳米纤维膜上5天时的荧光共聚焦结果，显示细胞在软骨膜上增殖；
图12为本发明中种子细胞接种在软骨膜微纳米纤维膜上1天时的扫描电子显微镜结果，显示细胞黏附在软骨膜上；
图13为本发明中种子细胞接种在软骨膜微纳米纤维膜上9天时的扫描电子显微镜结果，显示细胞分泌的细胞外基质已经铺满整个软骨膜。
本发明中，微/纳米纤维由于具有比表面积大、孔隙率高、密度低、孔间结合性良好等结构特点，为软骨膜的结构仿生提供了技术支持；而生物打印技术可以实现多种细胞和材料联合构建，为软骨组织的结构仿生提供了技术支持；软骨脱细胞基质因具有软骨特异性微环境，良好的生物相容性和促进细胞增殖的潜能，为软骨膜和软骨组织的成分仿生提供了支撑。因此，模拟含软骨膜体表组织的结构和组成成分特点，使用脱细胞基质材料，结合静电纺丝和生物打印技术实现成分和结构的双重仿生，并使用不同的功能细胞实现基质仿生，分步构建双侧为软骨膜、中间为软骨组织的体表软骨组织，由结构和成分的仿生达到力学的仿生，提高构建物力学强度，满足体表组织再造的临床应用需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿生体表组织的分步构建方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的强度增强剂溶解到六氟异丙醇中，获得强度增强剂和软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数分别为10-50％和30-80％的溶液，然后将上述溶液加入静电纺丝仪内制备成软骨膜微/纳米纤维膜；
S2：将软骨脱细胞基质光敏凝胶及适量的辅助剂同时溶于完全培养基，获得辅助剂和软骨脱细胞基质光敏凝胶质量百分数为分别为10-50％和30-80％的软骨水凝胶；
S3：将适量的种子细胞接种到所述S1的软骨膜微/纳米纤维膜中形成种子细胞浓度为(1～50)×106/mL的仿生软骨膜，同时将适量的种子细胞接种到所述S2的软骨水凝胶中形成种子细胞浓度为(1～50)×106/mL的软骨生物墨水；
S4：利用所述S3的仿生软骨膜和软骨生物墨水分步构建仿生体表组织。
2.根据权利要求1所述的仿生体表组织的分步构建方法，其特征在于，所述S1之前还包括S0：对软骨组织进行预处理，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶。
3.根据权利要求2所述的仿生体表组织的分步构建方法，其特征在于：所述S0中的软骨组织为耳软骨、关节软骨、肋软骨、肩胛软骨及半月板中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的仿生体表组织的分步构建方法，其特征在于，所述S0包括以下具体步骤：
S01：软骨组织经液氮冷却后由粉碎机粉碎成软骨粉末，并依次经脱细胞处理和酶消化处理后制成软骨脱细胞基质；
S02：称取适量的软骨脱细胞基质溶于适量的去离子水中配制成质量百分数为0.1～10％的软骨脱细胞基质水溶液，然后在冰浴条件下以0.1～1mL/min的速度加入甲基丙烯酸酐并混匀，获得甲基丙烯酸酐质量百分数为0.1～1％的混合溶液；
加入浓度为1～10mol/L的氢氧化钠，使得上述混合溶液维持pH值在8～10之间，并于4℃避光条件下持续搅拌反应8-12小时；
反应结束后，用浓度为1～10mol/L的盐酸中和至pH为7，然后将中和后的溶液装在透析袋内在蒸馏水中充分透析后7天以上后冷冻干燥，获得软骨脱细胞基质光敏凝胶。
5.根据权利要求4所述的仿生体表组织的分步构建方法，其特征在于：所述S01中的脱细胞处理为低渗处理、胰蛋白酶处理、去污剂处理和核酸酶处理中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1-5任一项所述的仿生体表组织的分步构建方法，其特征在于，所述S4包括以下具体步骤：
S41：构建人体体表组织形态的三维数字模型；
S42：基于上述三维数字模型，将所述S3的仿生软骨膜经模具压制成体表组织形态，同时利用3D生物打印机将所述S3的软骨生物墨水打印成蜂窝状的软骨，成型后的仿生软骨膜和软骨经蓝光照射使其交联并粘连在一起，以构建成两侧为仿生软骨膜且中间为软骨生物墨水的仿生体表组织。
7.根据权利要求1-5任一项所述的仿生体表组织的分步构建方法，其特征在于：所述S1中的强度增强剂为聚己内酯、聚羟基乙酸、聚乳酸及聚氨酯中的一种或多种组合。
8.根据权利要求1-5任一项所述的仿生体表组织的分步构建方法，其特征在于：所述S2中的辅助剂为甲基丙烯酸明胶、甲基丙烯酸透明质酸、甲基丙烯酸海藻酸钠、甲基丙烯酸丝素蛋白、甲基丙烯酸壳聚糖、甲基丙烯酸硫酸软骨素及甲基丙烯酸弹性蛋白中的一种或多种组合。
9.根据权利要求1-5任一项所述的仿生体表组织的分步构建方法，其特征在于：所述S3中的种子细胞为耳廓软骨细胞、关节软骨细胞、脂肪间充质干细胞、骨髓间充质干细胞、脐带间充质干细胞、胚胎干细胞及诱导多能干细胞中一种或多种。
10.一种采用如权利要求1-9任一项所述的分步构建方法制备的仿生体表组织。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100120149A1 (en) * 2008-11-07 2010-05-13 Korea Institute Of Science And Technology Cell aggregate-hydrogel-polymer scaffold complex for cartilage regeneration, method for the preparation thereof and composition comprising the same
CN110180025A (zh) * 2019-07-02 2019-08-30 上海国睿生命科技有限公司 软骨-骨一体化多孔仿生支架及其制备方法
CN111686306A (zh) * 2020-07-08 2020-09-22 四川大学 一种基于脱细胞肋软骨基质的3d打印生物墨水及其制备方法与应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100120149A1 (en) * 2008-11-07 2010-05-13 Korea Institute Of Science And Technology Cell aggregate-hydrogel-polymer scaffold complex for cartilage regeneration, method for the preparation thereof and composition comprising the same
CN110180025A (zh) * 2019-07-02 2019-08-30 上海国睿生命科技有限公司 软骨-骨一体化多孔仿生支架及其制备方法
CN111686306A (zh) * 2020-07-08 2020-09-22 四川大学 一种基于脱细胞肋软骨基质的3d打印生物墨水及其制备方法与应用

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