[发明专利]一种构建人体实质脏器仿生三维血管网络的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种构建人体实质脏器仿生三维血管网络的方法，属于仿生脏器制作技术 领域。

背景技术

现在每年由于机械创伤、衰老以及各种疾病，大量患者需要进行组织和器官移植。仅 以我国为例，每年大约有150万人因末期器官功能衰竭需要器官移植，但每年能够使用的 器官数量不到1万，供求比例达到1∶150。因此，目前采用不同的途径和方法去解决移植 用脏器数量严重短缺的问题显得十分迫切。

目前临床常用的器官移植供体及缺点：①异种组织器官移植，主要问题在于移植物与 受体相容性差。②同种异体组织器官移植，主要问题在于免疫排斥和供体有限。③自体组 织器官移植，主要问题在于供体有限和功能紊乱。④人工合成组织代用品移植，主要问题 在于异物反应和感染。⑤组织工程器官，具有良好的组织相容性，可以大量制备，不需要 免疫抑制治疗；主要问题在于构建组织工程脏器的技术尚不成熟，离大规模临床运用还有 一定距离。

20世纪80年代以来，组织工程学得到了长足的进步。在组织工程产生地美国，对人 体的皮肤、软骨、骨、韧带、肌肉、心脏瓣膜、肝、血管都进行了体外培养分化工作，并 取得一定成果。根据组织工程构建组织的结构和功能不同，组织脏器构建分为两个领域： ①结构性组织和脏器的构建：此类组织脏器结构较为简单，如骨、软骨、肌腱等。目前国 内外都已有临床应用报告，并取得了良好社会效益和经济效益。②相对于结构性组织脏器 的构建，具有代谢功能的组织和脏器的构建(如心、肝、肾等的构建)是组织工程的终极 目标，但是目前需要攻克的难点较多。组织工程脏器的构建有四个主要问题需要解决：(1) 生物支架材料的选择和支架微观宏观结构的构建；(2)脏器血管网络的构建；(3)种子细 胞的选择和培养；(4)细胞生长微环境。

构建能够运送氧气、营养和代谢产物的血管网络系统是构建大尺寸三维组织工程脏器 需要攻克的主要难点之一。为了能够构建出满足大尺寸三维组织工程脏器的血管网络，有 研究者通过体外构建支架系统然后将支架系统移植入动物体内，借助于动物的血管生成形 成毛细血管网络。但是这种血管网络的构建方法存在诸多缺点：(1)需要手术实现体内植 入；(2)周期长；(3)支架系统厚度不能过大；(4)血管网络内血流量小，不能满足组织 工程心脏、肾脏、肝脏要求。近年来，已有国外研究者利用立体打印机技术构建空间组织 工程支架，并在其中预设微血管的生长空间，但是这种技术的精度仍不能在微米级别达到 构建血管网络的要求，同时也不能使微血管完全按其预设通道进行生长。随着纳米技术的 发展，现在已有研究者能够通过在薄膜上利用激光预设通道精确导引细胞生长方向，另有 研究者利用可降解纳米纤维上引导细胞生长。此外，以上构建的血管网络是规则的血管走 行而非仿生血管网络，规则的血管走行较之仿生血管网络血细胞在其管腔内流动时会产生 较多的微型湍流，从而引起血栓形成几率增高。因此，仿生血管网络的构建将是今后组织 工程脏器构建的发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种构建人体实质脏器仿生三维血管网络的方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种构建人体实质脏器仿生三维血管网 络的方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：利用CT采集正常人肝脏心脏或者肾脏血管网络图像，对血管网络进行三维 重建，将三维血管模型缩小，利用计算机将三维血管模型转换成二维血管断层图，并引入 平面坐标，对各个血管断面进行二维平面坐标精确定位和血管直径φ测定；

第二步：将可降解材料P(CL-EC)制备的膜片浸于纤维蛋白胶溶液中后阴干，制成可降 解膜片，并精确切割成与二维血管断层图相同面积，将膜片从上向下编号，膜片个数与二 维血管断层图的个数相同，膜片的总厚度与三维血管模型的厚度相同；

第三步：根据不同层面的二维血管断层的平面坐标图，利用计算机激光高精度打孔机 对可降解膜片进行打孔得到血管预制孔；

第四步：分离、培养转EGFP基因C57BL/6J小鼠的内皮祖细胞和野生型C57BL/6J小 鼠的骨髓间充质干细胞，利用脂质体将SDF-1基因和VEGF基因转染部分野生型C57BL/6J 小鼠的骨髓间充质干细胞；