[发明专利]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

说明书

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，包括以下具体步骤：(1)水凝胶微球的制备；(2)牺牲模型的制备；(3)生物结构体模具的制备；(4)生物结构体的制备。本发明以水凝胶微球作为生物结构体的基本构建单元，利用微球堆叠后产生的球与球之间的微细间隙与增减材复合成形制备的宏观尺度三维血管网络相结合，从而实现具有三维多尺度、高密度血管网络的预血管化生物结构体的可控制备。

技术领域

本发明属于生物医药以及生物制造技术领域，具体涉及一种具有多尺度 通道网络的预血管化生物结构体的制备方法。

背景技术

器官移植是终末期器官衰竭患者的黄金治疗方法，由于供体的数量有限， 因此需要开发新的方法实现受损器官的再生与修复。组织工程是一种制造受 损组织器官替代物的潜在方法，然而，目前复杂器官或具有临床尺度的组织 的制造仍然面临巨大挑战，其中一个重要的问题就是组织的血管化。氧气的 运输是细胞生存的关键因素，其在组织中的扩散距离一般为150-200μm，因此 在生理细胞密度条件下，厚度大于400μm的组织会产生坏死核心。此外，没 有血管网络会影响到营养物的供应以及二氧化碳与细胞代谢废物的排出，与 此同时，血管网络也是循环细胞及生物因子进入组织的重要通道。因此，构 建具有足够密度的多尺度血管通道网络，为细胞提供充足的氧气与营养物质 并去除代谢废物，从而构建适宜细胞生长的微环境，对于结构体内细胞的存 活乃至最终的临床应用都有巨大的意义。

在血管化生物结构体的制备中，理想的血管网络应该具有类似天然血管 网络的多等级、多层次结构特征，网络中的血管内径分布从数微米到数毫米 不等，且在空间中呈现树状分叉结构。目前，常用的血管通道制备方法主要 包括细胞自组装、软光刻、静电纺丝以及细胞片等。尽管这些方法已经在微 血管网络或大血管的构建中取得了一些成果，然而受到成形速度、成形原理、 成形尺寸等技术特征的限制，上述方法仍然无法满足在大尺度生物结构体中 可控构建三维多尺度血管网络的需求。

生物3D打印是一种融合了快速成形、组织工程以及生物制造等多种技术 的新兴制造工艺，凭借其分层制造，层叠堆积的成形特点，在实现精确的细 胞、材料、生长因子的图案化分布上具有独特优势。因此，将生物3D打印技 术应用于血管化生物结构体的制备受到了越来越多的关注。目前，集成生物 3D打印技术与牺牲材料的增减材复合成形方法在可控制备具有三维结构的中 大尺度血管通道中已经获得了很大的进展，然而，受到模型设计以及成形原 理的限制，目前仍然存在三维多尺度血管直径变化范围窄，血管网络空间分布密度不足的问题，无发支持具有生理细胞密度的生物结构体的长期存活。

为此，能够提供一种具有多尺度通道网络的预血管化生物结构体是本领 域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了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，本发明以水凝胶微球作为生物结构体的基本构建单元，利用 微球堆叠后产生的球与球之间的微细间隙与增减材复合成形制备的宏观尺度 三维血管网络相结合，从而实现具有三维多尺度、高密度血管网络的预血管 化生物结构体的可控制备。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

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，包括以下 具体步骤：

(1)水凝胶微球的制备：将水凝胶溶液采用高压静电喷射装置制备成水 凝胶微球，备用；

(2)牺牲模型的制备：将牺牲材料装入到打印机的喷头中，使用3D打 印机制备牺牲模型，备用；

(3)生物结构体模具的制备：将打印材料装入到打印机的喷头中，使用 3D打印机制备生物结构体模具，备用；

(4)生物结构体的制备：先将所述水凝胶微球加入到所述生物结构体模 具中，再将所述牺牲模型嵌入到微球堆叠成的结构中，进行交联，交联完成 后去除所述牺牲模型，即得一种具有多尺度通道网络的预血管化生物结构体。