[发明专利]一种组织工程纤维束结构体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种组织工程纤维束结构体及其制备方法。

背景技术

20世纪80年代提出的“组织工程(Tissue Engineering)”(Langer R，VacantiJ P.Tissue engineering.Science，1993，260(5110)：920-926.)，旨在体外构建细胞和材料的三维结构体，通过适当的培养和训练后发展成具有和天然组织类似结构和初步功能的可移植替代物。近年来，组织工程一直是国内外研究的热点，发展迅速并取得了诸多成果，其主要产品集中在骨组织工程和皮肤组织工程等少数几个领域。目前的组织工程结构体体外构建已涉及多种方法，如水凝胶模铸、电纺丝、细胞打印、细胞三维受控组装等，但同时存在着明显的问题，这些方法构建的结构体有效厚度(即细胞存活层厚度)一般只能达到100-150μm，结构体内部的细胞存活率低，难以实现大块组织的构建。究其原因，主要是未能构建具有天然组织类似的血管网络结构。对于一些具有特殊结构的组织(如肌腱组织、心肌组织和神经组织等)，其体外构建过程也有特殊的要求。

为了突破组织工程面临的困难，以仿生的路线设计与构建具有类似天然组织形态和功能的结构体，是一个必然的趋势。以心肌组织工程为例，美国Harald等人(Ott HC，Matthiesen T S，Goh S K，et al.Perfusion-decellularized matrix：usingnature’s platform to engineer a bioartificial heart.Nature Medicine，2008，14(2)：213-221.)在2008年利用天然去细胞的细胞外基质(Extracellular Matrix，简称ECM)支架成功重构了大鼠心脏，初步实现一致跳动和泵血功能。该研究表明，天然组织的细胞外基质具有很好的结构和生物学特性，为组织工程支架的研究提供了启发。进一步地，组织工程心肌结构体和其他组织工程结构体的体外构建中，除了细胞成分的仿生之外，还有支架的结构和仿血管网络结构的构建等，其中的难点可概括为细胞的有效种植、氧与营养物质的有效输送和组织生成的良好诱导。

1)细胞的有效种植。传统的组织工程遵循“细胞-支架复合”的“自上而下(Top-down)”构建思路，即先成形支架，再把细胞种植到支架上。但是，当支架尺寸和复杂度提高到一定程度时，细胞复合的难度将大大增加，细胞难以长入支架内部，细胞密度和分布均匀性难以控制。尤其是对于心肌细胞等终末分化细胞，由于不能进一步增殖分化，细胞初始种植密度将决定了结构体的细胞密度。细胞三维受控组装技术(Wang X H，Yan Y N，Zhang R J.Rapid prototyping as a tool for manufacturingbioartificial livers.Trends in Biotechnology，2007，25(11)：505-513.)遵循“支架-细胞”一体化构建的思路，将细胞直接混合在材料之中一起成形，其特点是可以保证细胞密度和分布的均匀性，并且可以实现多种细胞的共同组装和定点排布。但是，由于细胞参与到成形的过程之中，成形过程和成形环境可能会对细胞产生损伤；另一方面，成形后细胞嵌在材料内部，仅依靠有限的渗透作用，氧与营养物质的供给也很难达到内部细胞存活的需求，因此这一工艺有待进一步的改进与优化。