CN115569237B - 一种血管网络生物支架及其制备方法、用途 - Google Patents
一种血管网络生物支架及其制备方法、用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115569237B CN115569237B CN202211279796.XA CN202211279796A CN115569237B CN 115569237 B CN115569237 B CN 115569237B CN 202211279796 A CN202211279796 A CN 202211279796A CN 115569237 B CN115569237 B CN 115569237B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vascular network
- hydrogel
- stimulus
- biological stent
- temperature
- 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.)
- Active
Links
- 230000002792 vascular Effects 0.000 title claims abstract description 184
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 claims abstract description 149
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229920001992 poloxamer 407 Polymers 0.000 claims abstract description 20
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 20
- QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N n-propan-2-ylprop-2-enamide Chemical compound CC(C)NC(=O)C=C QNILTEGFHQSKFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims description 13
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 12
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 11
- 230000008439 repair process Effects 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 9
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims description 9
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 9
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical group 0.000 claims description 8
- 239000011837 N,N-methylenebisacrylamide Substances 0.000 claims description 6
- ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N n,n'-methylenebisacrylamide Chemical group C=CC(=O)NCNC(=O)C=C ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 claims description 5
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 5
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 claims description 5
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 claims description 5
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 claims description 5
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- SQDAZGGFXASXDW-UHFFFAOYSA-N 5-bromo-2-(trifluoromethoxy)pyridine Chemical compound FC(F)(F)OC1=CC=C(Br)C=N1 SQDAZGGFXASXDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920001287 Chondroitin sulfate Polymers 0.000 claims description 4
- 229940059329 chondroitin sulfate Drugs 0.000 claims description 4
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims description 4
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims description 4
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims description 4
- KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N (2S,3S,4S,5R,6R)-6-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-2-[(2S,3S,4R,5R,6R)-6-[(2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-2,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-2-carboxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O3)C(O)=O)O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](C(O)=O)O1 KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N 0.000 claims description 3
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims description 3
- 108010022355 Fibroins Proteins 0.000 claims description 3
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 3
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 claims description 3
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 claims description 3
- KHDZXBKJADQNKK-UHFFFAOYSA-N P(O)(O)O.C1(=CC=CC=C1)C=1C(=C(C(=O)[Li])C(=CC1C)C)C Chemical group P(O)(O)O.C1(=CC=CC=C1)C=1C(=C(C(=O)[Li])C(=CC1C)C)C KHDZXBKJADQNKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 21
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- OOIBFPKQHULHSQ-UHFFFAOYSA-N (3-hydroxy-1-adamantyl) 2-methylprop-2-enoate Chemical compound C1C(C2)CC3CC2(O)CC1(OC(=O)C(=C)C)C3 OOIBFPKQHULHSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100172132 Mus musculus Eif3a gene Proteins 0.000 description 2
- BQRGNLJZBFXNCZ-UHFFFAOYSA-N calcein am Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC(CN(CC(=O)OCOC(C)=O)CC(=O)OCOC(C)=O)=C(OC(C)=O)C=C1OC1=C2C=C(CN(CC(=O)OCOC(C)=O)CC(=O)OCOC(=O)C)C(OC(C)=O)=C1 BQRGNLJZBFXNCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- PBCKVROHSSNSDY-UHFFFAOYSA-N 2-methylprop-2-enoic acid;sodium Chemical compound [Na].CC(=C)C(O)=O PBCKVROHSSNSDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VZLZTLCFXITQBV-UHFFFAOYSA-N CC(C(C(OP([O-])[O-])=O)=C1C)=CC(C)=C1C1=CC=CC=C1.[Li+].[Li+] Chemical group CC(C(C(OP([O-])[O-])=O)=C1C)=CC(C)=C1C1=CC=CC=C1.[Li+].[Li+] VZLZTLCFXITQBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 1
- 239000011557 critical solution Substances 0.000 description 1
- 230000029142 excretion Effects 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- XJMOSONTPMZWPB-UHFFFAOYSA-M propidium iodide Chemical compound [I-].[I-].C12=CC(N)=CC=C2C2=CC=C(N)C=C2[N+](CCC[N+](C)(CC)CC)=C1C1=CC=CC=C1 XJMOSONTPMZWPB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/507—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials for artificial blood vessels
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/14—Macromolecular materials
- A61L27/18—Macromolecular materials obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/52—Hydrogels or hydrocolloids
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Dermatology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Media Introduction/Drainage Providing Device (AREA)
Abstract
本发明提供一种血管网络生物支架及其制备方法、用途，制备方法包括：1)制备血管网络生物支架前驱体，血管网络生物支架前驱体包括血管网络软模板和刺激响应水凝胶预聚体，刺激响应水凝胶预聚体包裹于所述血管网络软模板的外表面；血管网络软模板的原料为Pluronic F‑127水凝胶；刺激响应水凝胶预聚体含有温度响应水凝胶，温度响应水凝胶的最低共溶温度为T1；2)将血管网络生物支架前驱体于0～4℃下去除所述血管网络软模板，得到血管网络生物支架膨胀体；3)收缩血管网络生物支架膨胀体，制得血管网络生物支架；收缩温度为T2，且T2＞T1。本发明利用Pluronic F‑127水凝胶低温去除，基于刺激响应水凝胶材料的收缩特性，实现血管网络膨胀补偿，得到血管网络生物支架。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学技术领域，特别是涉及一种血管网络生物支架及其制备方法、用途。
背景技术
血管网络生物支架指的是含血管网络的体外组织，通常用于组织缺损修复，血管网络可为组织提供营养物质和氧气传输的通道，同时有利于代谢产物的排出。研究表明，相比于不含血管网络的生物支架，含血管网络的生物支架能更加快速地与宿主组织建立连接，提高组织缺损修复效率。
常见的血管网络生物支架制备方法包括模具工艺、增材制造工艺、牺牲工艺以及复合工艺。传统模具工艺制备过程较为复杂，且制备的血管网络结构较为单一，主要集中在二维结构上；增材制造工艺主要包含了3D打印与喷墨打印，虽然可以打印结构较为复杂的血管网络，但所制备的血管网络尺寸较大，制备方法扩展能力较弱；牺牲工艺灵活性较高，无论是在血管网络结构复杂程度上，还是血管网络尺寸范围上，与其他制备工艺相比都具有较高的优势。复合工艺指的是牺牲工艺与其他工艺进行配合，在体外生物支架中制备血管网络。例如，采用增材制造工艺首先制备牺牲模块，采用生物支架材料对牺牲模块进行包裹后，去除牺牲模块，获得含血管网络的生物支架，该工艺灵活度高，可根据需求制备不同尺寸的血管网络生物支架，因此得到广泛的应用。
但是，复合工艺还存在以下问题：牺牲工艺中多采用可逆相变凝胶材料作为牺牲模板，利用其在特定的温度范围内发生相转变，由固态转变为液态的原理去除，且多采用水冲洗辅助去除，由于可逆相变凝胶材料具有水凝胶吸水膨胀的特性，牺牲模板在去除工序中会发生膨胀后体积增大的现象，导致得到的血管网络生物支架会发生明显的失真变形，即实际尺寸大于设计尺寸，无法满足实际的应用需求。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种血管网络生物支架及其制备方法、用途，用于解决现有复合工艺制备血管网络生物支架过程中，牺牲模板去除工序容易发生膨胀，导致血管网络生物支架失真变形的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括以下技术方案获得的。
本发明提供一种血管网络生物支架的制备方法，包括以下步骤：
1)制备血管网络生物支架前驱体，所述血管网络生物支架前驱体包括血管网络软模板和刺激响应水凝胶预聚体，所述刺激响应水凝胶预聚体包裹于所述血管网络软模板的外表面；所述血管网络软模板的原料为Pluronic F-127水凝胶；所述刺激响应水凝胶预聚体含有温度响应水凝胶，所述温度响应水凝胶的最低共溶温度为T1；
2)将血管网络生物支架前驱体于0～4℃下去除所述血管网络软模板，得到血管网络生物支架膨胀体；
3)收缩所述血管网络生物支架膨胀体，制得血管网络生物支架；收缩温度为T2，且T2＞T1。
优选地，步骤1)中，所述温度响应水凝胶的最低共溶温度T1为30～35℃。
优选地，步骤1)中，所述温度响应水凝胶为聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)。
优选地，步骤2)中，去除所述血管网络软模板还包括采用水辅助冲洗.
优选地，所述Pluronic F-127水凝胶的浓度为30～40w/v％。
优选地，所述血管网络软模板采用先构建血管网络三维模型，然后以Pluronic F-127水凝胶作为打印原料，采用3D打印系统打印的方式获得。
优选地，打印温度为20～25℃；打印速度为100～300μL/min。
优选地，所述刺激响应水凝胶预聚体采用将刺激响应水凝胶原料固化成型的方式获得。
优选地，所述血管网络生物支架前驱体的制备方法如下：
A)将刺激响应水凝胶原料固化成型，得第一刺激响应水凝胶预聚体；
B)构建血管网络三维模型，采用3D打印系统，在第一刺激响应水凝胶预聚体表面打印血管网络软模板；
C)在血管网络软模板周围注入刺激响应水凝胶原料，固化成型，得第二刺激响应水凝胶预聚体；所述第一刺激响应水凝胶预聚体、血管网络软模板和第二刺激响应水凝胶预聚体形成血管网络生物支架前驱体。
优选地，以所述刺激响应水凝胶原料总重量为基准，所述刺激响应水凝胶原料包括以下重量百分含量的组分：温度响应水凝胶单体8～12wt％，交联剂0.005～0.020wt％和光引发剂 0.005～0.020wt％，分散剂为水；所述固化成型为光固化成型。
优选地，所述温度响应水凝胶单体为N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)。
优选地，所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)。
优选地，所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)。
优选地，所述刺激响应水凝胶原料中还包括增强水凝胶，所述增强水凝胶选自甲基丙烯酸化明胶(GelMA)、甲基丙烯酰化透明质酸(HAMA)、甲基丙烯酰化海藻酸钠(AlgMA)、甲基丙烯酰化丝素蛋白(SilMA)、甲基丙烯酰化壳聚糖(CSMA)和甲基丙烯酰化硫酸软骨素(ChSMA)中的一种或多种。
优选地，所述增强水凝胶为所述刺激响应水凝胶总重量的1～3wt％。
优选地，用紫外光照射固化，所述紫外光的波长为360～425nm。
本发明的发明目的之二在于提供一种血管网络生物支架。
作为优选，所述高精度血管网络生物支架内具有中空的血管网络通道，所述血管网络通道的直径为150～1000μm。
本发明的发明目的之三在于提供一种高精度血管网络生物支架作为受损血管修复材料在血管修复术中的用途。
如上所述，本发明的血管网络生物支架及其制备方法、用途，具有以下有益效果：利用 Pluronic F-127水凝胶在低温下呈液态便于去除，基于含有温度响应水凝胶的刺激响应水凝胶预聚体在高于温度响应水凝胶的最低共溶温度时具有的收缩特性，协同调控刺激响应水凝胶材料的配方及各工序的参数，实现血管网络膨胀的精确补偿，得到高精度血管网络生物支架；通过添加交联剂和增强水凝胶材料，提高血管网络生物支架的机械强度和生物相容性，使制得的高精度血管网络生物支架能够作为受损血管修复材料广泛应用在血管修复术中。
附图说明
图1显示为本发明血管网络生物支架的制备方法的流程示意图之一。
图2显示为本发明实施例1制备的高精度血管网络生物支架的生物相容性测试结果图。
图1中附图标号如下：
1 第一刺激响应水凝胶预聚体
2 血管网络软模板
3 血管网络生物支架前驱体
4 血管网络生物支架膨胀体
5 膨胀血管网络通道
6 血管网络生物支架
7 血管网络通道
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本申请实施例提供了一种具体的血管网络生物支架的制备方法，包括以下步骤：
1)制备血管网络生物支架前驱体，所述血管网络生物支架前驱体包括血管网络软模板和刺激响应水凝胶预聚体，所述刺激响应水凝胶预聚体包裹于所述血管网络软模板的外表面；所述血管网络软模板的原料为Pluronic F-127水凝胶；所述刺激响应水凝胶预聚体含有温度响应水凝胶，所述温度响应水凝胶的最低共溶温度为T1；
2)将血管网络生物支架前驱体于0～4℃下去除所述血管网络软模板，得到血管网络生物支架膨胀体；
3)收缩所述血管网络生物支架膨胀体，制得血管网络生物支架；收缩温度为T2，且T2＞T1。
Pluronic F-127在室温下可以保持凝胶状态，具有剪切变稀效应，适用于3D打印；在4℃下，Pluronic F-127呈液态，具有较好的流动性，易于去除。申请人研究发现，Pluronic F-127自身在温度由室温到4℃的转变过程中会发生相变导致膨胀，由此使得血管网络软模板在去除过程中会出现膨胀现象，继而致使所制备的血管网络生物支架内含有的血管网络通道出现尺寸失真，实际尺寸大于设计尺寸的结果。所述包裹指的是血管网络软模板的侧壁，其两端开口处未被包裹。
为了解决上述技术问题，本申请利用Pluronic F-127水凝胶在低温下呈液态便于去除，基于刺激响应水凝胶材料在高于最低共溶温度时具有的收缩特性，刺激响应性材料的体积收缩，补偿Pluronic F-127水凝胶膨胀导致的血管网络膨胀，并协同调控刺激响应水凝胶材料的配方及各工序的参数，实现血管网络膨胀的精确补偿，得到高精度的血管网络生物支架。
在一个具体的实施方式中，步骤1)中，所述温度响应水凝胶的最低共溶温度T1为30～35℃，如具体为30～33℃，33～35℃。由此使得，收缩温度T2可以在人体温度和细胞培养温度37℃下的体积收缩，实现血管网络膨胀补偿，得到高精度血管网络生物支架。
在一个具体的实施方式中，步骤1)中，所述温度响应水凝胶为聚N-异丙基丙烯酰胺 (PNIPAM)。PNIPAM具有最低共溶温度(Lower Critical Solution Temperature，LCST)，其LCST为33～35℃，当环境温度大于LCST时，PNIPAM体积收缩，尺寸变小；当环境温度小于LCST时，PNIPAM体积膨胀，尺寸变大。因此，PNIPAM可以在人体温度和细胞培养温度37℃下的体积收缩，实现血管网络膨胀补偿，得到高精度血管网络生物支架。
在一个具体的实施方式中，步骤2)中，去除所述血管网络软模板还包括采用水辅助冲洗.
在一个具体的实施方式中，所述Pluronic F-127水凝胶的浓度为30～40w/v％，如具体为 30～33w/v％，33～38w/v％，38～40w/v％，且在室温下呈半固态。
在一个具体的实施方式中，所述血管网络软模板采用先构建血管网络三维模型，然后以 Pluronic F-127水凝胶作为打印原料，采用3D打印系统打印的方式获得。
在一个具体的实施方式中，采用Creo软件或PRO/E软件构建血管网络三维模型；
在一个具体的实施方式中，打印温度为20～25℃，打印速度为100～300μL/min。
在一个具体的实施方式中，打印纤维的间距为0.5～10mm；打印纤维的层高为 150～800μm。所述纤维的间距指的是血管网络软模板中的纤维之间的距离；打印纤维的层高指的是血管网络软模板的高度。
在本申请的上述技术方案中，血管网络软模板的打印参数，如打印速度、温度及间距，均与去除血管网络软模板过程中带来的膨胀程度有关，本申请通过调控打印参数及刺激响应水凝胶中的温度响应水凝胶单体8～12wt％和水凝胶GelMA1～3wt％等的比例来实现不同的收缩程度，协同制得高精度血管网络生物支架。
在一个具体的实施方式中，所述刺激响应水凝胶预聚体采用将刺激响应水凝胶原料固化成型的方式获得。
在一个具体的实施方式中，所述血管网络生物支架前驱体的制备方法如下：
A)将刺激响应水凝胶原料固化成型，得第一刺激响应水凝胶预聚体；
B)构建血管网络三维模型，采用3D打印系统，在第一刺激响应水凝胶预聚体表面打印血管网络软模板；
C)在血管网络软模板周围注入刺激响应水凝胶原料，固化成型，得第二刺激响应水凝胶预聚体；所述第一刺激响应水凝胶预聚体、血管网络软模板和第二刺激响应水凝胶预聚体形成血管网络生物支架前驱体。
由于血管网络软模板具有一定的柔性，为确保其在刺激响应水凝胶内分散均匀，可以采用先将部分刺激响应水凝胶原料固化成型，再在固态的刺激响应水凝胶预聚体表面原位3D 打印血管网络软模板，然后再注入液态的刺激响应水凝胶原料，固化成型，得到血管网络生物支架前驱体。
在一个具体的实施方式中，以所述刺激响应水凝胶原料总重量为基准，所述刺激响应水凝胶原料包括以下重量百分含量的组分：温度响应水凝胶单体8～12wt％，交联剂0.005～0.020wt％和光引发剂0.005～0.020wt％，分散剂为水；所述固化成型为光固化成型。
在一个具体的实施方式中，所述温度响应水凝胶单体为N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)。
在一个具体的实施方式中，所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)。
在一个具体的实施方式中，所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂 (LAP)。
在一个具体的实施方式中，用紫外光照射固化，所述紫外光的波长为360～425nm，如具体为360～425nm，360～425nm，360～425nm。
在本申请的上述技术方案中，温度响应水凝胶单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)在光引发剂LAP存在下，在紫外光照射下引发聚合反应，得到聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)。
在一个具体的实施方式中，所述刺激响应水凝胶原料中还包括增强水凝胶，所述增强水凝胶选自甲基丙烯酸化明胶(GelMA)、甲基丙烯酰化透明质酸(HAMA)、甲基丙烯酰化海藻酸钠(AlgMA)、甲基丙烯酰化丝素蛋白(SilMA)、甲基丙烯酰化壳聚糖(CSMA) 和甲基丙烯酰化硫酸软骨素(ChSMA)中的一种或多种。
在一个具体的实施方式中，所述增强水凝胶为所述刺激响应水凝胶总重量的1～3wt％，如具体为1wt％，1.5wt％，2wt％，2.5wt％，3wt％。
在本申请的上述技术方案中，在刺激响应水凝胶中引入上述增强水凝胶，增强水凝胶既可以发生自交联作用，也可以与温度响应水凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)交联，增强高精度血管网络生物支架的机械强度；此外，上述增强水凝胶具有较好的生物相容性，加入到刺激响应水凝胶体系中，还可以提高血管网络生物支架的生物相容性。
在一个具体的实施方式中，所述血管网络软模板直径为D1，所述血管网络生物支架膨胀体内具有膨胀血管网络通道，所述膨胀血管网络通道的直径为D2，D2＞D1；所述高精度血管网络生物支架内具有血管网络通道，所述血管网络通道的直径为D3；D3＝D1。所述血管网络软模板直径D1指的是血管网络三维模型所对应的目标设计直径。
本申请实施例还提供了一种高精度血管网络生物支架。
在一个具体的实施方式中，所述高精度血管网络生物支架内具有中空的血管网络通道，所述血管网络通道的直径为150～1000μm。
本申请实施例还提供了一种高精度血管网络生物支架作为受损血管修复材料在血管修复术中的用途。
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本申请以下实施例中，Pluronic F-127购买自Merck(Sigma-Aldrich)公司，型号为 P2443。
实施例1
本实施例中，以所述刺激响应水凝胶原料总重量为基准，所述刺激响应水凝胶原料包括以下重量百分含量的组分：温度响应水凝胶单体10wt％，交联剂0.015wt％和光引发剂 0.015wt％，增强水凝胶2wt％，分散剂为水。其中，温度响应水凝胶单体采用N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，交联剂采用N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，光引发剂采用LAP，增强水凝胶采用甲基丙烯酸化明胶(GelMA)。
参照图1，本实施例提供了一种高精度血管网络生物支架的制备方法，包括以下步骤：
1)在培养皿(直径35mm，高度10mm)中加入1.5mL的刺激响应水凝胶原料，采用波长395nm的紫外光照射15s，控制紫外光照射距离为15cm，光引发交联固化，形成第一刺激响应水凝胶预聚体1；第一刺激响应水凝胶预聚体1中含有温度响应水凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)，其最低共溶温度为T1为32℃；
2)采用Creo软件构建血管网络三维模型，采用3D打印系统，在第一刺激响应水凝胶预聚体表面原位打印得到血管网络软模板2，所述血管网络软模板2包含6条纤维；血管网络软模板2的直径为D1(600μm)，所述血管网络软模板的原料为浓度为35w/v％的PluronicF-127水凝胶；打印温度为25℃；打印速度为200μL/min，打印纤维的间距为5mm；打印纤维的层高为600μm；
3)在血管网络软模板周围继续注入刺激响应水凝胶原料(血管网络软模板两端未被包裹)，采用波长395nm的紫外光照射15s，控制紫外光照射距离为15cm，光引发交联固化成型，形成第二刺激响应水凝胶预聚体；所述第一刺激响应水凝胶预聚体1、血管网络软模板2和第二刺激响应水凝胶预聚体形成血管网络生物支架前驱体3；
4)将血管网络生物支架前驱体3放置在4℃下20min，去除血管网络软模板2，获得内部具有膨胀血管网络通道5血管网络生物支架膨胀体5，测得膨胀血管网络通道5的直径为 D2(750μm)，且D2＞D1；
5)将血管网络生物支架膨胀体3放置在收缩温度T2 37℃下2h，刺激响应水凝胶体积收缩，得到内部具有血管网络通道7的高精度血管网络生物支架6，经测试血管网络通道7的直径D3为600μm，与血管网络软模板的直径D1相同。
对实施例1制备的高精度血管网络生物支架的生物相容性做检测，测试方法：采用活死染试剂盒(钙黄素Calcein AM/碘化丙啶PI)对粘附高精度血管网络生物支架的细胞进行检测，Calcein AM对活细胞进行染色，呈绿色；PI对死细胞进行染色，呈红色。
测试结果如图2所示，细胞能够粘附、铺展在高精度血管网络生物支架表面，细胞呈现出较高活性，较少发现死细胞，表明了高精度血管网络生物支架较好的生物相容性。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤4)中，还包括采用温度为4℃的超纯水灌注辅助去除血管网络软模板，其余工艺完全相同。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，血管网络软模板2的打印速度不同，具体为 300μL/min，其余工艺完全相同。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，构建的血管网络三维模型不同，水凝胶的浓度不同，具体为：血管网络软模板2包含12条纤维，增强水凝胶浓度为3wt％，其余工艺完全相同。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，刺激响应水凝胶原料的配方不同，其余工艺完全相同。
本实施例中，刺激响应水凝胶配方具体为：
以所述刺激响应水凝胶原料总重量为基准，所述刺激响应水凝胶原料包括以下重量百分含量的组分：温度响应水凝胶单体12wt％，交联剂0.020wt％和光引发剂0.020wt％，增强水凝胶1wt％，分散剂为水。其中，温度响应水凝胶单体采用N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，交联剂采用N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，光引发剂采用LAP，增强水凝胶采用甲基丙烯酸化明胶(GelMA)、甲基丙烯酰化海藻酸钠(AlgMA)和甲基丙烯酰化硫酸软骨素(ChSMA)按照质量比1：1：1的混合水凝胶。
分别对实施例1-5的高精度血管网络生物支架的机械强度做检测，测试方法如下：
采用万能材料试验机对血管网络生物支架的压缩强度进行检测，测得血管网络生物支架在压缩试验中压缩至破裂时所承受的最大压缩应力。结合血管网络生物支架的原始横截面积，计算出血管网络生物支架的压缩强度。
测试结果如表1所示：
表1.实施例1-5的高精度血管网络生物支架的性能检测结果
综上所述，本发明利用Pluronic F-127水凝胶在低温下呈液态便于去除，基于含有温度响应水凝胶的刺激响应水凝胶预聚体在高于最低共溶温度时具有的收缩特性，协同调控刺激响应水凝胶材料的配方及各工序的参数，实现血管网络膨胀的精确补偿，得到高精度血管网络生物支架；通过添加交联剂和增强水凝胶材料，提高血管网络生物支架的机械强度和生物相容性，使制得的高精度血管网络生物支架能够作为受损血管修复材料广泛应用在血管修复术中。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种血管网络生物支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备血管网络生物支架前驱体，所述血管网络生物支架前驱体包括血管网络软模板和刺激响应水凝胶预聚体，所述刺激响应水凝胶预聚体包裹于所述血管网络软模板的外表面；所述血管网络软模板的原料为Pluronic F-127水凝胶；所述刺激响应水凝胶预聚体含有温度响应水凝胶，所述温度响应水凝胶的最低共溶温度为T1；
所述血管网络生物支架前驱体的制备方法如下：
A)将刺激响应水凝胶原料固化成型，得第一刺激响应水凝胶预聚体；
B)构建血管网络三维模型，采用3D打印系统，在第一刺激响应水凝胶预聚体表面打印血管网络软模板；
C)在血管网络软模板周围注入刺激响应水凝胶原料，固化成型，得第二刺激响应水凝胶预聚体；所述第一刺激响应水凝胶预聚体、血管网络软模板和第二刺激响应水凝胶预聚体形成血管网络生物支架前驱体；
2)将血管网络生物支架前驱体于0～4℃下去除所述血管网络软模板，得到血管网络生物支架膨胀体；
3)收缩所述血管网络生物支架膨胀体，制得血管网络生物支架；收缩温度为T2，且T2＞ T 1；
所述刺激响应水凝胶预聚体采用将刺激响应水凝胶原料固化成型的方式获得；
以所述刺激响应水凝胶原料总重量为基准，所述刺激响应水凝胶原料包括以下重量百分含量的组分：温度响应水凝胶单体8～12wt％，交联剂0.005～0.020wt％和光引发剂0.005～0.020wt％，分散剂为水；所述温度响应水凝胶为聚N-异丙基丙烯酰胺；所述固化成型为光固化成型，采用紫外光照射固化，所述紫外光的波长为360～425nm；所述温度响应水凝胶单体为N-异丙基丙烯酰胺；所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；所述光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂；
所述刺激响应水凝胶原料中还包括增强水凝胶，增强水凝胶为所述刺激响应水凝胶原料总重量的1～3wt％；所述增强水凝胶选自甲基丙烯酸化明胶、甲基丙烯酰化透明质酸、甲基丙烯酰化海藻酸钠、甲基丙烯酰化丝素蛋白、甲基丙烯酰化壳聚糖和甲基丙烯酰化硫酸软骨素中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述温度响应水凝胶的最低共溶温度T1为30～35℃；
和/或，去除所述血管网络软模板还包括采用水辅助冲洗；
和/或，所述Pluronic F-127水凝胶的浓度为30～40w/v％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述血管网络软模板采用先构建血管网络三维模型，然后以Pluronic F-127水凝胶作为打印原料，采用3D打印系统打印的方式获得。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的制备方法制得的血管网络生物支架。
5.根据权利要求4所述的血管网络生物支架，其特征在于：所述血管网络生物支架内具有中空的血管网络通道，所述血管网络通道的直径为150～1000μm。
6.一种如权利要求4或5所述的血管网络生物支架在制备受损血管修复材料中的用途。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211279796.XA CN115569237B (zh) | 2022-10-19 | 2022-10-19 | 一种血管网络生物支架及其制备方法、用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211279796.XA CN115569237B (zh) | 2022-10-19 | 2022-10-19 | 一种血管网络生物支架及其制备方法、用途 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115569237A CN115569237A (zh) | 2023-01-06 |
| CN115569237B true CN115569237B (zh) | 2024-04-19 |
Family
ID=84585533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211279796.XA Active CN115569237B (zh) | 2022-10-19 | 2022-10-19 | 一种血管网络生物支架及其制备方法、用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115569237B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104027847A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-09-10 | 西安交通大学 | 一种附带血管网流道的人工软组织体的制造方法 |
| CN110859999A (zh) * | 2019-10-11 | 2020-03-06 | 南方医科大学 | 一种三维血管网络水凝胶的构建方法 |
| WO2020197323A1 (ko) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 연세대학교 산학협력단 | 마이크로채널 네트워크가 형성된 하이드로젤 구조체 |
| CN111825868A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-27 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种微尺度血管网络体外组织及其制备方法 |
| CN113331991A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-03 | 上海大学 | 一种具有多尺度通道网络的预血管化生物结构体的制备方法 |
-
2022
- 2022-10-19 CN CN202211279796.XA patent/CN115569237B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104027847A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-09-10 | 西安交通大学 | 一种附带血管网流道的人工软组织体的制造方法 |
| WO2020197323A1 (ko) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 연세대학교 산학협력단 | 마이크로채널 네트워크가 형성된 하이드로젤 구조체 |
| CN110859999A (zh) * | 2019-10-11 | 2020-03-06 | 南方医科大学 | 一种三维血管网络水凝胶的构建方法 |
| CN111825868A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-27 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种微尺度血管网络体外组织及其制备方法 |
| CN113331991A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-03 | 上海大学 | 一种具有多尺度通道网络的预血管化生物结构体的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115569237A (zh) | 2023-01-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107663377B (zh) | 一种具有温敏和光敏特性的混合水凝胶及其3d打印方法 | |
| Ng et al. | Polyelectrolyte gelatin-chitosan hydrogel optimized for 3D bioprinting in skin tissue engineering | |
| CN104628936B (zh) | 一种利用3d打印制备高强度双网络水凝胶支架的方法 | |
| KR20180099843A (ko) | 첨가 증착에 의한 신체 대체제의 제조 방법 | |
| CN109821075B (zh) | 一种生物材料及其制备方法与作为骨缺损修复材料的应用 | |
| CN107320780B (zh) | 一种中空管结构的多层水凝胶及其制备方法与应用 | |
| Zhang et al. | Recent advances on gelatin methacrylate hydrogels with controlled microstructures for tissue engineering | |
| CN110302432B (zh) | 一种具有梯度孔结构的全层皮肤组织工程支架的制备方法 | |
| WO2016154070A1 (en) | Hypothermic 3d bioprinting of living tissues supported by perfusable vasculature | |
| US11597915B2 (en) | Material and method for producing cell receiving scaffold | |
| CN112111073B (zh) | 一种抗疲劳的全水凝胶复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN111574816A (zh) | 高强度生物医用水凝胶材料及浴支撑水凝胶3d打印方法 | |
| CN107158476A (zh) | 一种贯通孔双网络聚合物水凝胶支架的制备方法 | |
| CN114106227B (zh) | 一种结构化水凝胶和水凝胶心脏及瓣膜的制备方法 | |
| CN110038163B (zh) | 一种用于修复腹壁缺损的水凝胶复合生物补片制备方法 | |
| CN115569237B (zh) | 一种血管网络生物支架及其制备方法、用途 | |
| CN108379664A (zh) | 一种用于构建全层皮肤的双层复合支架及其制备方法 | |
| CN108686265A (zh) | 一种3d打印的磁共振显影水凝胶及其制备方法和应用 | |
| US20220152279A1 (en) | Additive Manufacturing Of Cell-Laden Functional Hydrogel And Live Cell Constructs | |
| CN113372114A (zh) | 一种氧化锆陶瓷材料挤出式3d打印材料的制备方法 | |
| CN114456404B (zh) | 一种液态金属柔性可穿戴器件及其制备方法 | |
| CN108424533A (zh) | 一种3d打印生物医用水凝胶及其制备方法 | |
| Kunwar et al. | Three-dimensional printing of double-network hydrogels: recent Progress, challenges, and future outlook | |
| CN107286359B (zh) | 一种异质多层结构的水凝胶及其制备方法 | |
| CN107519535B (zh) | 可降解海藻酸钠/丝素双层皮肤组织工程支架材料及其制备方法 |
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 |