[发明专利]一种构建具有异质功能纤维和血管通道的纤维束/组织结构的方法

说明书

本发明公开了一种构建具有异质功能纤维和血管通道的纤维束/组织结构的方法。所述方法包括如下步骤：根据神经纤维束或肌肉纤维束的血管通道和多级结构设计预定义图案，并依此设置套筒；在套筒内载入分别载有相应细胞(神经来源细胞、肌肉来源细胞、基质细胞、血管生成细胞、神经外膜材料和肌外膜材料)，经挤出得到含异质功能纤维和血管通道的神经纤维束或肌肉纤维束。本发明制备方法可以一步成形高度异质的纤维束结构，同时能够在微观尺度上重构复杂纤维束的不同功能单元，很好地克服了微挤出式细胞3D打印技术的打印精度低等技术瓶颈。本发明方法适合于构建具有不同功能纤维和血管通道的复杂纤维束结构，可用于病损组织器官修复、药物开发与筛选和病理研究模型等。

技术领域

本发明涉及一种构建具有异质功能纤维和血管通道的纤维束/组织结构的方法，属于组织工程和生物制造技术领域。

背景技术

生物3D打印技术通过将含细胞的生物墨水按照预定义的打印路径，通过层层堆积形成3D结构，在复杂组织和器官的构建方面具有巨大的优势。其中，微挤出式生物3D打印技术由于材料适用范围广，生物墨水粘度范围可以在0.03～5×10⁴Pa·s区间，具有成形制造复杂组织结构的潜力，成为目前主流的打印工艺。这种工艺将粘性生物墨水通过微型喷嘴时，在机械力或气压的驱动下受到挤压从而形成纤维。

人体各种组织与器官具有高度异质性，由多种细胞按照复杂的方式排布组成。其中，神经组织和肌肉组织作为典型的束状结构，由多种不同的功能纤维单元组装而成，同时含有丰富的血管和基质组织。因此，功能化神经和肌肉组织的体外构建面临着特殊的难度与挑战：

1)打印精度低，难以构建精度在百微米以下的结构特征(如微血管和神经)：微挤出式3D打印工艺中使用的喷嘴直径越小，生物墨水挤出经过喷嘴时承受的剪切力越大，对细胞造成的损伤也越大，限制了该工艺的打印精度(300～500μm范围)，而功能纤维单元的尺寸通常在几十到数百微米，从而限制了体外微纤维的可控组装。

2)异质细胞结构的可控组装困难：神经和肌肉纤维束包含高度异质的功能纤维，比如神经组织含有运动神经纤维、感觉神经纤维和血管，肌肉组织包含肌肉纤维、血管通道和神经纤维组成。目前通用方法是采用多喷头打印策略，使用含不同细胞的生物墨水交替进行打印，然后这种方法需要高度复杂的控制系统，同时打印耗时长。

综上，常规的生物3D打印技术在复杂神经和肌肉组织构建方面仍具有巨大的挑战，尚需成形工艺创新突破来实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有异质功能纤维和血管通道的纤维束的方法，通过在预先定义的喷头套筒内加载不同生物墨水，同步挤出获得含血管结构和多种不同微纤维的纤维束，同时可进一步在空气、液体或悬浮介质中打印成形更加复杂的仿生异质神经或肌肉组织，可用于病损组织器官修复、药物开发与筛选和病理研究模型等，具有重要的医学转化和临床应用前景。

本发明所提供的构建具有异质功能纤维和血管通道的神经纤维束或肌肉纤维束或肌肉组织结构的方法，包括如下步骤：

S1、根据神经纤维束或肌肉纤维束的血管通道和多级结构设计预定义图案，并依此设置套筒；

S2、在所述套筒内载入分别载有相应细胞的生物墨水，经挤出得到含异质功能纤维和血管通道的神经纤维束或肌肉纤维束；

所述生物墨水为下述1)、3)、4)、5)或2)-4)、6)：

1)载神经来源细胞的生物墨水；

2)载肌肉来源细胞的生物墨水；

3)载基质细胞的生物墨水；

4)载血管生成细胞的牺牲生物墨水；

5)载神经外膜材料的生物墨水；

6)载肌外膜材料的生物墨水。