CN117258035A - 促进细胞贴附的人造血管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种促进细胞贴附的人造血管，为中空管状结构，由内至外依次包括纳米纤维膜层、包芯纱织物层以及涂覆层，包芯纱织物层由包芯纱经织造而成，包芯纱的芯纱为不可降解纱线，包芯纱的鞘纱为可降解的短纤纱；包芯纱的表面含有纱线毛羽，纱线毛羽复合于纳米纤维膜层及涂覆层中。本发明的包芯纱采用不可降解的芯纱，保证了人造血管的稳定性和持久性，采用可降解的外包短纤，通过短纤的降解为细胞生长提供了空间；毛羽使得包芯纱织物形成密网结构，有利于捕捉细胞，使细胞贴附着在包芯纱表面。该人造血管在应用时，细胞能够从外向内、从内向外同时增长，形成了良好的与人体结构相似的组织体，达到较快修复血管的效果，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及人造血管技术领域，尤其涉及一种促进细胞贴附的人造血管。
背景技术
人造血管因其特殊的应用场景，要求其必须具有良好的生物相容性，以确保在生物体内使用时不会引发免疫反应或血栓形成等不良反应。另外，人造血管需要具备与自然血管类似的力学特性，包括足够的强度和柔韧性，以抵御血液流动的压力并适应血管的膨胀和收缩。人造血管还需要能够促进血管内皮细胞的迁移和增殖，并最终形成内膜，实现真正的血管再生；因此，人造血管中可降解材料的选择和降解速度的控制成为领域内的研究重点，血管支架必须在进入人体的早期阶段提供足够的结构支持，随着时间的推移逐渐降解为细胞提供更多的生长空间，但仍需要具有一定的力学支撑以防止血管凹陷造成的血液流通不畅。
现有技术中，发明专利(申请号为CN 202110399868.3)公开了一种水凝胶在制备高仿生人造血管材料中的应用，水凝胶为壳聚糖/聚乙二醇水凝胶或缩醛化的聚乙烯醇水凝胶，将其涂覆脱细胞支架表面，制得高仿生人造血管材料，此发明的优点为通过水凝胶与脱细胞支架的使用，制备的高仿生人造血管材料可以有效保留脱细胞支架原始的力学仿生性能，具有优越的生物相容性。但是这种方法制备工艺复杂，水凝胶容易吸水溶胀，使得血管狭窄，不利于血液流通，增加了其在人体中带来的风险。
发明专利(申请号为CN 201811087222.6)公开了一种取向纤维增强人造血管的制备方法，首先通过在血管模具表面涂刷一层聚氨酯溶液，然后将纤维材料按照一定方向排列在聚氨酯溶液表面形成取向纤维层，接着通过静电纺丝在取向纤维层表面形成纳米膜，从而制备出取向度较好的人造血管。此方法制造出的人造血管生物相容性较好，血管中纤维的取向排列有利于血管中细胞的有序生长排列，制备工艺也相对安全，制备效率较高。但是，此方法制备的血管不利于细胞的贴附，顺应性差，且纤维取向排列不均匀，增加了血管渗血的风险。
有鉴于此，有必要设计一种促进细胞贴附的人造血管，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种促进细胞贴附的人造血管，通过将包芯纱结构作为人造血管的支架结构，为人造血管提供力学性能，包芯纱的外包短纤可降解，为细胞的增殖提供空间及环境，包芯纱为人造血管提供适量的毛羽，以克服现有技术中人造血管存在的应用问题。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种促进细胞贴附的人造血管，该人造血管为中空管状结构，由内至外依次包括纳米纤维膜层、包芯纱织物层以及涂覆层，所述包芯纱织物层由包芯纱经织造而成，所述包芯纱的芯纱为不可降解纱线，所述包芯纱的鞘纱为可降解的短纤纱；所述包芯纱的表面含有纱线毛羽，所述纱线毛羽复合于所述纳米纤维膜层及所述涂覆层中。
作为本发明的进一步改进，所述包芯纱的芯纱为长丝，线密度为20～40tex；所述鞘纱为短纤纱，所述短纤纱的长度为20～120mm，所述包芯纱表面的毛羽数量为600～2000根/米，所述包芯纱的线密度为25～60tex。
作为本发明的进一步改进，所述涂覆层为胶原蛋白或明胶中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述芯纱为金属丝、聚酯、聚氨酯中的一种，所述鞘纱为聚乙酸醇、聚乳酸、聚二恶烷酮、聚ε-己内酯的一种。
作为本发明的进一步改进，所述纳米纤维膜层采用静电纺丝技术制得，所述纳米纤维膜层的纤维直径为0.1～10μm。
作为本发明的进一步改进，所述纳米纤维膜层的孔隙率为30％～60％，所述纳米纤维膜层为聚氨酯纳米纤维膜材料。
作为本发明的进一步改进，所述包芯纱的芯纱直径为0.02～0.1mm，所述鞘纱形成的短纤包覆层的厚度为0.1～0.3mm。
作为本发明的进一步改进，所述人造血管的内径为2～30mm，壁厚为0.2～0.8mm，长度大于10cm。
作为本发明的进一步改进，所述纳米纤维膜层、包芯纱织物层以及涂覆层的厚度比例为1:(1.5～3):(1～2)。
作为本发明的进一步改进，所述包芯纱织物层由包芯纱经针织或机织编织而成；所述针织采用经编、纬编的方式将所述包芯纱编织成型。
作为本发明的进一步改进，促进细胞贴附的人造血管的制备方法为：
S1、采用静电纺丝技术以旋转缠绕的方式制备中空管状结构的纳米纤维膜；
S2、采用纺丝技术制备包芯纱的芯纱，再通过摩擦纺将短纤纱包覆于所述芯纱表面，得到包芯纱；
S3、将所述包芯纱采用织造技术，制备成管状织物，覆盖于步骤S1的所述纳米纤维膜的表面；
S4、在所述管状织物的表面涂覆胶原蛋白或明胶，形成涂覆层，即得所述促进细胞贴附的人造血管。
本发明的有益效果是：
1、本发明的一种促进细胞贴附的人造血管，该人造血管为中空管状结构，由内至外依次包括纳米纤维膜层、包芯纱织物层以及涂覆层，包芯纱织物层由包芯纱经织造而成，包芯纱的芯纱为不可降解纱线，包芯纱的鞘纱为可降解的短纤纱；包芯纱的表面含有纱线毛羽，纱线毛羽复合于纳米纤维膜层及涂覆层中。本发明通过将包芯纱结构作为人造血管的支架结构，为人造血管提供了力学性能，且包芯纱的外包短纤可降解，为细胞的增殖提供了空间及环境，克服了现有技术中人造血管存在的力学性能与降解性能难以平衡的应用问题。
2、本发明的促进细胞贴附的人造血管中，作为支架结构的包芯纱芯纱采用不可降解材料，具有良好的机械强度和支撑性能，保证了人造血管的稳定性和持久性，外包短纤采用可降解的聚合物材料，通过外包短纤的逐步降解为细胞的生长提供空间，且降解产物无毒无害，具有良好的生物相容性，可随血液循环排出体外，减少了对患者的刺激和排斥反应。另外，可降解材料通过包芯纱编织成型的方式引入人造血管中，其降解速度可控，在降解时形成的孔隙结构均匀分布，不仅为细胞的生长和传递提供了有利环境，还避免了现有人造血管因材料降解造成结构凹陷的问题。包芯纱表面的毛羽可以使得包芯纱织物层形成密网结构，有利于捕捉细胞，使得细胞贴附在包芯纱表面，为其后续在人造血管中的增殖与生长提供了保障。该包芯纱支架结构为细胞的生长提供了良好的支撑和导向作用，有助于血管再生和修复。
3、本发明的促进细胞贴附的人造血管，其表面的涂覆层增加了人造血管的生物相容性，且能够防止血管渗血。人造血管的内膜为纳米纤维纤维膜层，含有大量的微孔结构，使细胞可以从微孔进入，促进了内皮细胞及平滑肌细胞的增殖。该人造血管在应用时，细胞能够从外向内、从内向外同时增长，形成了良好的与人体结构相似的组织体，达到较快修复血管的效果，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为促进细胞贴附的人造血管及包芯纱的结构示意图。
图2为本发明促进细胞贴附的人造血管的横截面结构示意图。
附图标记
100-促进细胞贴附的人造血管；110-纳米纤维膜层；120-包芯纱织物层；121-芯纱；122-鞘纱；123-纱线毛羽；130-涂覆层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
请参阅图1～图2所示，一种促进细胞贴附的人造血管100，该人造血管为中空管状结构，由内至外依次包括纳米纤维膜层110、包芯纱织物层120以及涂覆层130，包芯纱织物层120由包芯纱经织造而成，包芯纱的芯纱121为不可降解纱线，包芯纱的鞘纱122为可降解的短纤纱；包芯纱的表面含有纱线毛羽123，纱线毛羽123复合于纳米纤维膜层110及涂覆层130中。本发明通过将包芯纱结构作为人造血管的支架结构，为人造血管提供了力学性能，且包芯纱的外包短纤可降解，为细胞的增殖提供了空间及环境，克服了现有技术中人造血管存在的力学性能与降解性能难以平衡的应用问题。
特别地，作为支架结构的包芯纱芯纱121采用不可降解材料，具有良好的机械强度和支撑性能，保证了人造血管的稳定性和持久性，外包短纤采用可降解的聚合物材料，通过外包短纤的逐步降解为细胞的生长提供空间，且降解产物无毒无害，具有良好的生物相容性，可随血液循环排出体外，减少了对患者的刺激和排斥反应。另外，可降解材料通过包芯纱编织成型的方式引入人造血管中，其降解速度可控，在降解时形成的孔隙结构均匀分布，不仅为细胞的生长和传递提供了有利环境，还避免了现有人造血管因材料降解造成结构凹陷的问题。
具体地，包芯纱的芯纱为长丝，线密度为20～40tex；鞘纱为短纤纱，短纤纱的长度为20～120mm，包芯纱表面的毛羽数量为600～2000根/米，包芯纱的线密度为25～60tex。短纤纱的长度可以控制得到的包芯纱织物层120表面的毛羽量，而包芯纱表面的纱线毛羽123可以使得包芯纱织物层120形成密网结构，有利于捕捉细胞，使得细胞贴附着在包芯纱表面，为其后续在人造血管中的增殖与生长提供了保障。该包芯纱支架结构为细胞的生长提供了良好的支撑和导向作用，有助于血管再生和修复。且纱线毛羽123复合于纳米纤维膜层110及涂覆层130中，提高了该人造血管三层结构的结合强度，进而提高了血管的结构整体性，有利于人造血管的应用。
更具体地，涂覆层130为胶原蛋白或明胶中的一种，人造血管表面的涂覆层130增加了人造血管的生物相容性，且能够防止血管渗血。
在一些具体的实施方式中，芯纱121为金属丝、聚酯、聚氨酯中的一种，鞘纱122为聚乙酸醇、聚乳酸、聚二恶烷酮、聚ε-己内酯的一种。
纳米纤维膜层110采用静电纺丝技术制得，纳米纤维膜层110的纤维直径为0.1～10μm。纳米纤维膜层110的孔隙率为30％～60％，纳米纤维膜层110为聚氨酯纳米纤维膜材料。如此，纳米纤维纤维膜层110含有大量的微孔结构，使细胞可以从微孔进入，促进了内皮细胞及平滑肌细胞的增殖；使得该人造血管在应用时，细胞能够从外向内、从内向外同时增长，形成了良好的与人体结构相似的组织体，达到较快修复血管的效果，具有较好的应用前景。
具体地，包芯纱的芯纱直径为0.02～0.1mm，鞘纱形成的短纤包覆层的厚度为0.1～0.3mm。包芯纱的芯纱直径、短纤包覆层的厚度以及形成的织物的线密度均影响包芯纱织物层的孔隙结构及降解速率，因此，需要严格限定前述参数的范围。
在一些具体的实施方式中，人造血管的内径为2～30mm，壁厚为0.2～0.8mm，长度大于10cm。其中，纳米纤维膜层110、包芯纱织物层120以及涂覆层130的厚度比例为1:(1.5～3):(1～2)。
在一些具体的实施方式中，包芯纱织物层120由包芯纱经针织或机织编织而成；针织采用经编、纬编的方式将包芯纱编织成型。
需要说明的是，促进细胞贴附的人造血管的制备方法为：
S1、采用静电纺丝技术以旋转缠绕的方式制备中空管状结构的纳米纤维膜；
S2、采用纺丝技术制备包芯纱的芯纱，再通过摩擦纺将短纤纱包覆于芯纱表面，得到包芯纱；
S3、将包芯纱采用织造技术，制备成管状织物，覆盖于步骤S1的纳米纤维膜的表面；
S4、在管状织物的表面涂覆胶原蛋白或明胶，形成涂覆层130，即得促进细胞贴附的人造血管100。
本发明的促进细胞贴附的人造血管100在使用过程中，人造血管结构被植入到患者的血管中，起到支撑和导向细胞生长的作用。随着时间的推移，包芯纱织物层120中的鞘纱122逐步降解，为细胞的生长提供更多的空间，而芯纱121的不可降解性能保证了血管的持久性和稳定性，同时也为新生血管的形成提供了支撑，有利于血管的再生与修复。
实施例1
本实施例提供了一种促进细胞贴附的人造血管及其制备方法，该人造血管的长度为50cm，内径为5mm，壁厚为0.5mm；具体制备方法包括以下步骤：
S1、采用静电纺丝技术以旋转缠绕的方式在圆柱体模具表面制备中空管状结构的聚氨酯纳米纤维膜；纳米纤维膜的纤维平均直径为5μm，得到的聚氨酯纳米纤维膜的孔隙率为55％；
S2、采用熔融纺丝技术制备聚氨酯长丝作为包芯纱的芯纱，再通过摩擦纺将聚乳酸短纤纱包覆于芯纱表面，得到包芯纱；其中，聚氨酯长丝的平均直径为0.05mm，线密度为30tex，短纤纱的平均长度为40mm，包芯纱表面毛羽数量为1000根/米，短纤纱包覆层为厚度为0.3mm；包芯纱的线密度为30tex；
S3、将包芯纱采用编织技术，制备成管状织物，覆盖于步骤S1的纳米纤维膜的表面，作为支架结构；
S4、在管状织物的表面涂覆胶原蛋白，形成涂覆层，即得促进细胞贴附的人造血管；该人造血管的纳米纤维膜层、包芯纱织物层以及涂覆层的厚度比例为1:1.5:1.1。
采用实施例1的方案重复制备人造血管，并进行顺应性、力学性能、穿刺强度、水渗透性及组织再生能力的测试，得到的结果：血管顺应性为20％～25％，血管力学性能40～45N/cm，血管穿刺强度>15N/cm，血管水渗透性<2.5ml/(cm2.min)；将该人造血管移植至动物体内，经过一年的培养，取出后测其细胞覆盖率，得出其一年的组织再生能力达到90％以上。
本实施例的人造血管在应用时，表面覆盖胶原蛋白，可以防止血管渗血；聚乳酸可逐渐被降解，为内皮细胞及平滑肌细胞提供增殖空间及环境，且聚乳酸降解后的产物无毒无害，随血液循环系统排出体外，聚乳酸逐渐被降解，留下了聚氨酯支架结构，为血管提供力学支撑，防止血管凹陷导致血液流通不畅。
对比例1
对比例1提供了一种基于织物的人造血管及其制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，人造血管的支架结构并非包芯纱织物，而是普通聚氨酯纤维织物，其余大致与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例2
对比例2提供了一种基于织物的人造血管及其制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，人造血管的支架结构并非包芯纱织物，而是普通聚乳酸纤维织物，其余大致与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例3
对比例3提供了一种基于织物的人造血管及其制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，人造血管不含有聚氨酯纳米纤维膜结构，其余大致与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例4
对比例4提供了一种基于织物的人造血管及其制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，人造血管表面并未涂覆胶原蛋白，其余大致与实施例1相同，在此不再赘述。
对比例5
对比例5提供了一种基于织物的人造血管及其制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，将包芯纱进行烧毛处理，使其表面基本不含纱线毛羽，其余大致与实施例1相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明提供了一种促进细胞贴附的人造血管，该人造血管为中空管状结构，由内至外依次包括纳米纤维膜层、包芯纱织物层以及涂覆层，包芯纱织物层由包芯纱经织造而成，包芯纱的芯纱为不可降解纱线，包芯纱的鞘纱为可降解的短纤纱；包芯纱的表面含有纱线毛羽，纱线毛羽复合于纳米纤维膜层及涂覆层中。本发明的人造血管中包芯纱作为支架结构，其芯纱采用不可降解材料，具有良好的机械强度和支撑性能，保证了人造血管支架的稳定性和持久性，外包短纤采用可降解的聚合物材料，通过外包短纤的逐步降解为细胞的生长提供空间，且降解产物无毒无害，具有良好的生物相容性，可随血液循环排出体外，减少了对患者的刺激和排斥反应。另外，可降解材料通过包芯纱编织成型的方式引入人造血管中，其降解速度可控，在降解时形成的孔隙结构均匀分布，不仅为细胞的生长和传递提供了有利环境，还避免了现有人造血管因材料降解造成结构凹陷的问题。包芯纱表面的毛羽可以使得包芯纱织物层形成密网结构，有利于捕捉细胞，使得细胞贴附着在包芯纱表面。该包芯纱支架结构为细胞的生长提供了良好的支撑和导向作用，有助于血管再生和修复。该人造血管在应用时，细胞能够从外向内、从内向外同时增长，形成了良好的与人体结构相似的组织体，达到较快修复血管的效果，具有较好的应用前景。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种促进细胞贴附的人造血管，其特征在于，该人造血管为中空管状结构，由内至外依次包括纳米纤维膜层、包芯纱织物层以及涂覆层，所述包芯纱织物层由包芯纱经织造而成，所述包芯纱的芯纱为不可降解纱线，所述包芯纱的鞘纱为可降解的短纤纱；所述包芯纱的表面含有纱线毛羽，所述纱线毛羽复合于所述纳米纤维膜层及所述涂覆层中。
2.根据权利要求1所述的促进细胞贴附的人造血管，其特征在于，所述包芯纱的芯纱为长丝，线密度为20～40tex；所述鞘纱为短纤纱，短纤纱的长度为20～120mm；所述包芯纱表面的毛羽长度为2～6mm，毛羽数量为600～2000根/米，所述包芯纱的线密度为25～60tex。
3.根据权利要求1所述的促进细胞贴附的人造血管，其特征在于，所述涂覆层为胶原蛋白或明胶中的一种。
4.根据权利要求1所述的促进细胞贴附的人造血管，其特征在于，所述芯纱为金属丝、聚酯、聚氨酯中的一种，所述鞘纱为聚乙酸醇、聚乳酸、聚二恶烷酮、聚ε-己内酯的一种。
5.根据权利要求1所述的促进细胞贴附的人造血管，其特征在于，所述纳米纤维膜层采用静电纺丝技术制得，所述纳米纤维膜层的纤维直径为0.1～10μm。
6.根据权利要求5所述的促进细胞贴附的人造血管，其特征在于，所述纳米纤维膜层的孔隙率为30％～60％，所述纳米纤维膜层为聚氨酯纳米纤维膜材料。
7.根据权利要求1所述的促进细胞贴附的人造血管，其特征在于，所述包芯纱的芯纱直径为0.02～0.1mm，所述鞘纱形成的短纤包覆层的厚度为0.1～0.3mm。
8.根据权利要求1所述的促进细胞贴附的人造血管，其特征在于，所述人造血管的内径为2～30mm，壁厚为0.2～0.8mm，长度大于10cm。
9.根据权利要求8所述的促进细胞贴附的人造血管，其特征在于，所述纳米纤维膜层、包芯纱织物层以及涂覆层的厚度比例为1:(1.5～3):(1～2)。
10.根据权利要求1所述的促进细胞贴附的人造血管，其特征在于，所述包芯纱织物层由包芯纱经针织或机织编织而成；所述针织采用经编、纬编的方式将所述包芯纱编织成型。
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