[发明专利]一种复合细胞三维打印及介电泳吸附的类组织构建方法

说明书

技术领域

本发明公开一种复合细胞三维打印及介电泳吸附的类组织构建方法，属于组织和器官的 人工制造技术领域。

背景技术

随着组织工程技术的日益发展及临床患者的迫切需求，组织器官缺损修复的研究已经逐 步从基础研究向临床研究过渡。目前，通过组织工程修复小尺寸的骨缺损、软骨、皮肤等简 单组织已基本成熟。但临床上常常需要较大尺寸的组织工程骨及功能性的器官。毫无疑问， 体积越大，结构就越复杂，需要的种子细胞种类及数量就越多，对血管化的依赖性就越大。 近年来，血管化的组织工程一直是生物医学工程领域关注的瓶颈，制约了组织工程临床的大 规模应用。基于细胞精确受控分布的类组织结构体制造技术，是血管化组织工程的新方法， 包括Clemson大学的CellPrinting、EnvisionTec公司的Bio-Plotting、中国发明专利(申 请号：200410009787.4)公开了一种“一种细胞-材料单元的三维受控堆积成形方法”等， 由于这些方法都是直接操控细胞和材料成形，即需要通过直接将细胞与材料共混后喷射/挤出 成形并凝胶化，成形过程中需要有足够的水分保持细胞活性，而且成形后的结构体也不能过 度的通过各种凝胶交联提高结构体的强度，因而组装成形的结构体的强度不可能很高，不足 以支持大尺寸结构体的体内外长期生长，进而难以实现大尺寸血管化组织器官的工程制造。

对于构建大尺寸血管化人工组织器官(简称类组织)的要求是多方面的，如几何结构形 状，长期体内外生长强度，细胞相容性，细胞组织再生能力及材料讲解性等。故将诸多的要 求分步来实施，以减少技术和工程上的冲突，保证成形质量、降低成本、减少交叉感染、提 高成形效率、降低控制的复杂程度，则是更加合理的类组织制造模式。

提出一种复合细胞三维打印及介电泳吸附的类组织构建方法，将细胞三维打印技术与介 电泳吸附细胞组装技术相结合，这是两种可精确分布细胞的组装技术，通过将待制造的类组 织结构体数据模型做分割处理，分成组织主体支撑结构及血管网两部分。支撑结构部分采用 快速成形直接制造强度较高的可导电可降解组织工程支架，进而可以利用细胞介电泳吸附原 理完成精确的定位定量细胞组装，而血管网及近血管网部分在主体支撑结构的基础上直接采 用细胞三维打印技术完成，进而实现完整类组织结构体的成形。通过巧妙的将这两种技术结 合，既解决了细胞三维打印技术制造的结构体强度不高，不足以支持大尺寸结构体的体内外 长期生长的瓶颈，又高效的利用了细胞三维打印及介电泳吸附技术的各种优势。所述的介电 泳吸附原理的细胞三维组装方法，是通过制造具有导电性的组织工程支架，将不同细胞(成 体细胞、干细胞、内皮细胞或内皮祖细胞)被导电的组织工程支架吸附，实现精确控制细胞 的分布和相对复杂结构体的成形，通过调选支架上导电区域控制不同细胞组装，进而也可实 现多种细胞组织工程支架的制造。

发明内容

本发明的目的在于提高类组织构建过程中的细胞组装效率和提高组装后类组织在体内外 的长期结构稳定性。提供一种复合细胞三维打印及介电泳吸附的类组织构建方法，实现在类 组织复杂CAD模型的直接驱动下，分组准确定位组装细胞形成预设计的三维结构体，保证整 个组装过程中细胞具有高的存活率及可调控的生存微环境，构建组织器官雏形并实现其长期体 内外稳定生长。

基于此技术制造可模拟自然组织器官的结构，将多种细胞及生物因子等，定量定位组装 于不同空间位置，组装成具有活性的复杂结构体，预期可发育为一定功能的类组织前体，或 是为研究不同细胞之间及与生物信号分子(生物因子，药物分子等)之间在类自然组织三维 结构中的生物反应等提供必要的基础技术支持。可预见到，本技术在组织工程器官构建、多 种细胞相互作用研究、药物系统筛选、生物传感器等诸多领域有重要的应用价值。

本发明的技术方案如下：

一种复合细胞三维打印及介电泳吸附的类组织构建方法，其特征在于该方法按如下步骤进 行：

1)设计需要构建的类组织结构体三维数字模型，解析数字模型以标定出主体支撑结构及 近血管网区域；

2)配制导电可降解生物材料及不导电生物可降解材料作为主体支撑结构的材料组份，配 制细胞-明胶水凝胶混合物作为近血管网结构的材料组份；

3)根据预先设计的数字模型，采用快速成形设备制造主体支撑结构并进行后处理；