[发明专利]一种3D多枝仿生支架及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种3D多枝仿生支架及其制备方法与应用，所述3D多枝仿生支架包括：主干纤维管，所述主干纤维管的一端连通有至少两个一级分支纤维管，每个一级分支纤维管的端部连通有二级分支纤维管；所述主干纤维管的横截面积等于所有与之连接的一级分支纤维管的横截面积之和，所述主干纤维管的管壁、所述一级分支纤维管的管壁和所述二级分支纤维管的管壁均具有孔隙结构。该3D多枝仿生支架可为缺损组织提供有效力学支撑，其相互贯通的网络框架，有利于细胞定向排布、渗透生长，以及血管和神经长入，也便于营养物质和代谢废物的传递。本发明该支架的制备成本低廉、生产可操作性强、灵活度高。

技术领域

本发明属于生物医药技术领域，尤其涉及一种3D多枝仿生支架及其制备方法与应用。

背景技术

组织工程是一门前沿交叉科学，其基本原理为：通过在体外构建细胞与支架的三维复合体，模拟生物体内环境，并加以培养和训练，得到具备修复或替代功能的组织。组织工程仿生支架通过仿生细胞外基质，为细胞提供力学支撑，促进细胞黏附、生长、增殖、迁移和新陈代谢，是组织工程的关键因素之一。

另一方面，血管化是组织修复的必要条件。对于代谢旺盛的组织如心肌、肝脏，由于细胞具有很高的物质及能量代谢水平，而氧和营养物质在支架内的传输距离有限，因此如何建立有效的血管网络、解决内层细胞缺氧坏死一直是组织工程所面临的重要难题。现有的灌注培养、提高周围环境氧含量、添加氧载体和体内移植等方式可以使构建的人工组织活细胞层厚度达到500μm。有研究表明，添加内皮细胞、促血管生长因子等物质可以促进体内移植后毛细血管样组织生成。但是上述方法并没有形成类似分级贯通的枝型血管网络，并不能从根本上解决支架内部细胞的供氧问题。

因此，构建含内通道网络的定向3D多枝仿生支架，对于血管组织工程、心肌组织工程、皮肤组织工程及神经组织工程等具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种3D多枝仿生支架及其制备方法与应用，通过“设计-制备-装配”的思路，设计并制备不同尺寸的中空定向纤维管，然后组装形成具有复杂分级结构的3D多枝仿生支架，该3D多枝仿生支架可为缺损组织提供有效力学支撑，其相互贯通的网络框架，有利于细胞定向排布、渗透生长，以及血管和神经长入，也便于营养物质和代谢废物的传递，且该3D多枝仿生支架的制备成本低廉、生产可操作性强、灵活度高，在生物医学材料及组织工程领域中具有理想的推广和应用价值。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种3D多枝仿生支架，其中，所述3D多枝仿生支架包括：主干纤维管，所述主干纤维管的一端连通有至少两个一级分支纤维管，每个一级分支纤维管的端部连通有二级分支纤维管；所述主干纤维管的横截面积等于所有与之连接的一级分支纤维管的横截面积之和，所述主干纤维管的管壁、所述一级分支纤维管的管壁和所述二级分支纤维管的管壁均具有孔隙结构。

可选地，单个分支纤维管的横截面积等于所有与之连接的下一级分支纤维管的横截面积之和。

可选地，所述3D多枝仿生支架还包括套管，所述套管用于将不同纤维管之间的连接处进行加固。

可选地，所述纤维的直径为0.1～25mm，所述孔隙的直径为0.01～100μm。

本发明的第二方面，提供一种本发明所述的3D多枝仿生支架的制备方法，其中，包括如下步骤：

提供混合墨水，所述混合墨水包括生物可降解高分子材料A、生物可降解高分子材料B和溶剂；

采用3D直写或静电纺丝将所述混合墨水制成多个纤维管；

将所述多个纤维管通过自粘连的方式进行拼接组装，得到所述3D多枝仿生支架。

可选地，两纤维管之间具有氢键或金属络合作用，通过氢键或金属络合作用实现自粘连。