[发明专利]基于活细胞3D打印的组织工程仿生肝叶结构及制备方法

摘要

本发明公开了一种基于活细胞3D打印的组织工程仿生肝叶结构及制备方法，其首先采集人体肝叶的生物信息，并输入计算机进行高仿生建模；然后通过生物3D打印机，利用水凝胶材料和用于构建人肝叶所需的肝、胆管上皮、血管内皮、平滑肌和成纤维等细胞进行材料单独打印与材料‑细胞混合打印输出，其中血管和胆管中的空洞部分用铸型剂打印；在所有水凝胶材料固化后，通过酶或螯合反应或温控或光照等手段去除血管和胆管中的铸型剂，构造出人工含胆管肝叶中的血管系统和胆管系统，通过血管系统两端的主血管与培养液输送管连接，实现仿生肝叶的血管系统循环供养与气体交换。其实现了仿生肝叶在体内外的长期存活和生物功能。

主权项

1.一种基于活细胞3D打印的组织工程仿生肝叶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）建模：采集人体肝叶的生物信息，输入计算机进行仿生建模，建立肝叶的几何模型；2）配料：准备构建人体肝叶所需的多种细胞，配制适用构建人体肝叶所需的多种细胞的液态可固化水凝胶材料载体，将构建人体肝叶所需的多种细胞按设定的密度分别与相应的液态可固化水凝胶材料载体混合，配制成含细胞的多种生物墨水，每种生物墨水中只包含一种细胞，同时，配制弹力纤维打印材料，以及配制用于胆管管腔成型的第二铸型剂，配制用于血管管腔成型的第一铸型剂；3）3D打印制备肝叶坯体：在组织工程仿生培养器中进行3D打印，将步骤 1 )建好的模型数据输入生物3D打印机的配套设备中，设置打印程序，将步骤2 )中配制的铸型剂、弹力纤维打印材料以及生物墨水分别装载到生物3D打印机，生物3D打印机的多个喷头按照设定的打印程序轮流喷出液滴进行3D打印，其中喷出的各种液滴分别在相应的条件下自动固化，其中，用步骤2）配制的含肝细胞的生物墨水打印肝叶的肝组织，用步骤2）配制的第一铸型剂打印肝叶的血管管腔区域，用步骤2）配制的弹力纤维打印材料打印肝叶的血管管壁的弹力纤维层，用步骤2）配制的多种生物墨水分别打印肝叶的血管管壁对应的细胞层，实现肝叶的血管管壁的多层结构打印，用步骤2）配制的第二铸型剂打印肝叶的胆管管腔区域，用步骤2）配制的弹力纤维打印材料打印肝叶的胆管管壁的弹力纤维层，用步骤2）配制的多种生物墨水分别打印肝叶的胆管管壁对应的细胞层，实现肝叶的胆管管壁的多层结构打印，形成肝叶坯体；4 ) 刻蚀成型：分级刻蚀，在不同阶段采用不同的手段分别去除肝叶坯体中用于胆管管腔成型的第二铸型剂以及用于血管管腔成型的第一铸型剂，得到成型有胆管系统和血管系统的仿生肝叶；5 )体外培养：将成型有胆管系统和血管系统的仿生肝叶的主血管与培养液输送管连接进行组织工程培养，实现仿生肝叶的血管系统循环供养与气体交换，完成仿生肝叶的存活与功能化。