一種絲蛋白細胞復合血管支架及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種生物醫用材料，特別涉及一種應用于血管組織工程及血管修復與再生的絲蛋白細胞復合血管支架及其制備方法。
【背景技術】
[0002]血管疾病嚴重危害人類身體健康，全球每年大約有近百萬人需要各種外科手術，大多數需要合適的血管移植物。因此研制出合適的人工移植血管的需求顯得越來越迫切。目前血管仍多采用自體血管移植，然而因來源有限受到很大限制。盡管同種和異種移植血管能提供長期通透性，其用于臨床仍受潛在的免疫排斥反應和有效性等因素限制。合成材料移植物，如編織聚乙烯-對苯二酸酯和聚四氟乙烯已廣泛用于外周血管重建，然而仍存在免疫排斥、材料不降解等問題。組織工程技術的發展作為一種新方法彌補了現有療法的弊端，血管組織工程試圖在合適的培養條件下通過將細胞與人工支架材料結合構建適合的血管移植物，并將該管狀支架植入體內，血管支架與活細胞結合使移植物在體內重建。蠶絲蛋白作為一種天然的高分子材料，在我國產量豐富，蠶絲的主要成分是絲素蛋白，蠶絲經過脫膠、溶解、提純制得的再生絲素蛋白具有良好的生物降解性和生物相容性，并且無毒、無刺激，易于加工成各種形態，如膜、管、凝膠、三維海綿支架等。
[0003]目前國內外制備絲蛋白三維支架材料的方法主要有冷凍干燥法、氣體發泡法、自組裝、靜電紡絲、溶膠凝膠等方法，Li Mingzhong等采用冷凍干燥法制得絲素多孔膜，并通過控制冷凍條件和方法來改變支架形態特征及性能；Yin Guibo等采用靜電紡絲法將絲蛋白與明膠進行共混制備絲蛋白基納米纖維膜，并在該膜上培養細胞；Cho等運用絲膠蛋白和活化聚乙二醇反應獲得自組裝絲膠蛋白納米顆粒，并對該自主裝顆粒的結構與性能進行研究。上述方法雖能在一定程度上制備出三維納米結構支架材料，但存在效率較低、結構(性能)不可控、工序繁瑣、費用高昂等缺點。Limem Skander等采用傳統噴墨打印技術將絲素水溶液打印在聚乙烯塑料基底上，然后將人體骨髓干細胞種植在絲素線上，在BMP-2存在的條件下培養，一周后細胞開始生長粘附在絲素線上。但所得支架的孔尺寸偏小，力學性能和成型精度有待提高，該支架結構和性能上的缺陷和不完整嚴重影響了其應用，且該方法效率較低、費用較高等因素也進一步限制其推廣。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種絲蛋白細胞復合血管支架及其制備方法，解決結構(性能)不可控、工序繁瑣、效率較低、費用高昂等問題。
[0005]本發明提供一種絲蛋白細胞復合血管支架，所述絲蛋白細胞復合血管支架由絲蛋白凝膠和人體血管內皮細胞復合而成，所述絲蛋白細胞復合血管支架的長度為5cm_20cm、口徑為0.5cm_2cm，所述絲蛋白細胞復合血管支架的血管壁厚度為0.3mm-5mm,所述絲蛋白細胞復合血管支架的分辨率為0.5 μ m-2 μ m、孔隙率為30% -60%、爆破強度為500mmHg-2000mmHg、縫合強度為5N-30N、斷裂強度為8MPa_26MPa、斷裂伸長率為40% -80% ο
[0006]本發明還提供一種絲蛋白細胞復合血管支架的制備方法，其包括:
[0007](1)獲取人體血管圖像及數據；
[0008](2)建立高仿真的3D血管模型；
[0009](3)制備絲蛋白凝膠；
[0010](4)將人體血管內皮細胞與制備好的絲蛋白凝膠混合，并進行細胞培養，形成絲蛋白凝膠細胞共混體系；
[0011](5)將所述絲蛋白凝膠細胞共混體系輸送至三維生物打印機中，并在所述三維生物打印機中加入固化劑，按照所述高仿真的3D血管模型打印絲蛋白細胞復合血管支架。
[0012]進一步的技術方案，所述步驟(3)中，所述絲蛋白凝膠在制備中經電場處理，所述電場強度為15kV-30kV，處理時間為3min-10min。
[0013]進一步的技術方案，所述步驟(4)中，所述人體血管內皮細胞為人體動脈內皮細胞、靜脈內皮細胞和微血管內皮細胞中的一種或多種。
[0014]進一步的技術方案，所述步驟(4)中，所述絲蛋白凝膠與人體血管內皮細胞共混質量比的比例為95:10-70:30.。
[0015]進一步的技術方案，所述步驟(4)中，所述細胞培養的培養時間為12h_72h。
[0016]進一步的技術方案，所述步驟(5)中，所述固化劑為紫外光固化劑。
[0017]進一步的技術方案，所述步驟(5)中，所述固化劑占固化劑和絲蛋白凝膠細胞共混體系總質量的質量分數為0.5% -1.5%。
[0018]進一步的技術方案，所述步驟(5)中，所述三維生物打印機的打印條件為在紫外燈照射環境下進行打印，所述紫外燈照射的功率為30W-100W，照射時間為lh-5h。
[0019]進一步的技術方案，所述步驟(5)中，所述三維生物打印機的噴頭為1-3個。
[0020]本發明的優點是:本發明采用簡單、快捷的三維生物打印技術按照高仿真3D血管模型打印絲蛋白細胞復合血管支架，因而所制備的血管支架具有與天然人體血管在宏微觀結構上高度相似，支架材料的宏微觀結構與尺寸達到可控性，且制備的血管支架具有高分辨率的特點。而采用絲蛋白與細胞復合，又可使血管支架具有優異的組織形容性和血液相容性。因此，該三維生物打印制備絲蛋白細胞復合血管支架可作為優異的血管替代物。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。其中，
[0022]圖1為本發明所述的一種絲蛋白細胞復合血管支架的制備方法在實施例1中單噴頭三維生物打印的結構示意圖；和
[0023]圖2為本發明所述的一種絲蛋白細胞復合血管支架的制備方法在實施例2中雙噴頭三維生物打印的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]本發明所述的絲蛋白細胞復合血管支架，所述絲蛋白細胞復合血管支架由絲蛋白凝膠和人體血管內皮細胞復合而成，所述絲蛋白細胞復合血管支架的長度為5cm_20cm、口徑為0.5cm_2cm，所述絲蛋白細胞復合血管支架的血管壁厚度為0.3mm-5mm,所述絲蛋白細胞復合血管支架的分辨率為0.5 μ m-2 μ m、孔隙率為30% -60%、爆破強度為500mmHg-2000mmHg、縫合強度為5N-30N、斷裂強度為8MPa_26MPa、斷裂伸長率為40% -80% ο
[0025]本發明所述的上述絲蛋白細胞復合血管支架的制備方法，包括步驟:
[0026]步驟一:獲取人體血管圖像及數據。
[0027]在一個實施例中，上述步驟一具體執行為:采用核磁共振成像(MRI)和計算機X射線斷層術(CT)獲取人體血管圖像及數據。
[0028]步驟二:建立高仿真的3D血管模型。
[0029]在一個實施例中，上述步驟二具體執行為:將MRI和CT獲取的圖像及數據輸入交互式醫學影響處理軟件(MHOCS)建立高仿真的3D血管模型。
[0030]步驟三:制備絲蛋白凝膠。
[0031]在一個實施例中，上述步驟三具體執行為:將絲蛋白溶液置于電場強度為15kV-30kV的電場中處理，處理時間為3min_10min，獲得所述絲蛋白凝膠。
[0032]步驟四:將人體血管內皮細胞與制備好的絲蛋白凝膠混合，并進行細胞培養，形成絲蛋白凝膠細胞共混體系。
[0033]在一個實施例中，上述步驟四具體執行為:將人體血管內皮細胞與制備好的絲蛋白凝膠混合，所述絲蛋白凝膠與人體血管內皮細胞共混質量比的比例為95:10-70:30，并進行細胞培養，所述細胞培養的培養時間為12h-72h，形成絲蛋白凝膠細胞共混體系，其中，所述人體血管內皮細胞為人體動脈內皮細胞、靜脈內皮細胞和微血管內皮細胞中的一種或多種。
[0034]步驟五:將所述絲蛋白凝膠細胞共混體系輸送至三維生物打印機中，并在所述三維生物打印機中加入固化劑，按照所述高仿真的3D血管模型打印絲蛋白細胞復合血管支架。
[0035]在一個實施例中，上述步驟五具體執行為:將所述絲蛋白凝膠細胞共混體系輸送至噴頭為1 一 3個的三維生物打印機中，并在所述三維生物打印機中加入紫外光固化劑，所述紫外光固化劑占紫外光固化劑和絲蛋白凝膠細胞共混體系總質量的質量分數為0.5% -1.5%，按照所述高仿真的3D血管模型在功率為30W-100W，照射時間為lh_5h的紫外燈照射環境下進行打印絲蛋白細胞復合血管支架。
[0036]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和實施例進一步說明本發明的技術方案。但是本發明不限于所列出的實施例，還應包括在本發明所要求的權利范圍內其他任何公知的改變。
[0037]首先，此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發明至少一個實現方式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。
[0038]其次，本發明利用結構示意圖等進行詳細描述，在詳述本