[发明专利]用于心肌组织再生的三维结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于再生心肌组织的三维构造及其制备方法。更具体地，本发明涉及一种用于再生心肌组织的三维构造的制备方法以及用于再生心肌组织的三维构造，所述方法包括：形成三维构造的步骤，该步骤通过打印并交联第一生物打印组合物和第二生物打印组合物以交替布置第一生物打印层和第二生物打印层，其中所述第一生物打印组合物包括含有脱细胞的胞外基质和交联剂的形成组织工程学构造的溶液和心脏祖细胞，所述第二生物打印组合物包括所述形成组织工程学构造的溶液、间充质干细胞和血管内皮生长因子；和通过热胶凝化所述交联的三维构造获得交联-胶凝化的三维构造的步骤。

背景技术

三维打印意为将由复杂形状的组织或器官的医学数据获得的任意形状信息转换为G代码后，通过叠层方法来构建复杂的骨架结构。该三维打印也称作“三维生物打印(3D生物打印)”。例如，“多头组织和器官打印系统”是代表性的三维打印技术之一，它由两个气动喷射材料的气动注射器和两个采用步进马达以纳升为单位精确喷射的活塞型注射器组成，并且能同时使用多种材料。

典型地，通过将热塑性生物可相容的聚合物连接到气动注射器来制备构造，其中热塑性生物可相容的聚合物诸如PLA(聚乳酸)、PGA(聚乙醇酸)、PLGA(聚乳酸-共-聚乙醇酸)、PCL(聚己内酯)或其混合物。进一步的，用具有水凝胶的活塞型注射器来制备三维构造，所述水凝胶由胶原蛋白、透明质酸、明胶、藻酸盐、壳聚糖或纤维蛋白等构成。

因为生物打印需要含细胞的介质的分布，所以生物打印的一个重要方面是该打印工艺必须是细胞可相容的。这个限制因为需要在水性或水凝胶环境中实施因而减少了材料的选择。因此，已将使用诸如明胶、明胶/壳聚糖、明胶/藻酸盐、明胶/纤维蛋白、Lutrol F127/藻酸盐、藻酸盐等材料的水凝胶用于制备从肝脏到骨骼的多种组织的生物打印。用于生物打印的水凝胶、或水凝胶和细胞的混合物等也称为“生物墨水”。

通常，由于细胞不能维持或降解周围的藻酸盐凝胶基质，所以在整个孵育期间细胞特定地保持位于它们的初始位置上(Fedorovich，N.E.等Tissue Eng.13，1905-1925(2007)。因此，虽然有一些对生物打印构造的生物打印的成功报道，但是最小限度的细胞材料相互作用(cell-material interactions)和劣质(inferior)组织形成是最重要的问题。确实，这些材料不能展示天然胞外基质(ECM)的复杂性，并且因此它们不足以复制具有典型细胞-细胞连接(cell-cell connections)的微环境以及生物组织的三维(3D)细胞布局。

因此，水凝胶中的细胞不能展示体内活组织的独特的形态学和功能。因此，理想的是给细胞提供类似于细胞亲本组织的天然微环境。对此，脱细胞的胞外基质(dECM)是最好的选择，因为任何天然的或人造的材料不能复制所有的天然胞外基质特性。

此外，每种组织的ECM在组成和拓扑学上是独特的，并且所述组成和解剖学特性是通过细胞和所处微环境间的动力学的和交互的相互作用产生的。近期对从组织和器官中分离的细胞和ECM的研究强调了对组织特异性的需要以保持选择的细胞功能和表型(Sellaro，T.L.等Tissue Eng.Part A 16，1075-1082(2010)；Petersen，T.H.等Science 329，538-541(2010)；Uygun，B.E.等Nat.Med.16，814-821(2010)；Ott，H.C.等Nat.Med.16，927-933(2010)；Flynn，L.E.Biomaterials 31，4715-4724(2010))。

由包括皮肤、小肠粘膜下层的多种组织收集的dECM材料典型地被加工为二维(2D)支架(scaffold)，并且在早期阶段，可透过的或接种的细胞依赖于氧和营养物的扩散而存活，直到建立起支持性血管网。

然而，打印的组织类似物结构需要设计开放的多孔三维结构的制备方法以允许营养物的流动。本发明人已开发了一种用于用dECM生物墨水打印装载细胞的结构的三维打印方法，所述dECM生物墨水能提供适于三维结构组织生长的优化的微环境，并且所述装载细胞的结构能复制独特的细胞形态和功能(Falguni Pati，等，Nat Commun.5，3935(2014))。