[发明专利]一种3D打印人工血管的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种3D打印人工血管的制备方法和应用。3D打印人工血管由如下三层组成：内层的血液接触层，中间的隔断层和外层的疏松纳米纤维层；所述血液接触层由可降解水凝胶构成，所述中间的隔断层由高弹性纳米纤维构成，所述疏松纳米纤维层由直的弹性纤维和波浪状的韧性纤维组成。本发明提供的3D打印人工血管，能够使人工血管达到天然血管的机械强度及生物力学特性（弹性和韧性），并可作为血管移植物应用于动静脉造瘘、动脉粥样硬化性血管疾病和外周血管疾病的治疗。

技术领域

本发明涉及人工器官技术领域，具体地说，涉及一种3D打印人工血管的制备和在医疗领域的应用。

背景技术

3D 医疗打印技术的核心优势在于可采用珍贵、有限的自体干细胞或种子细胞混合生物相容性好的生物材料，实现针对患者移植部位准确、高效、高精度地“复制”或小批量生产高仿生组织或器官，是移植医学和再生医学发展的方向和趋势。

动脉粥样硬化是最常见的心血管疾病，严重的患者采取的外科治疗手段主要是外科血管成形术、人造血管或天然血管移植。然而，这些修复或替代的治疗手段存在各种问题。例如，支架植入血管后六个月，大血管的再狭窄率约为20%，小血管的再狭窄率近33%。血管置换术或搭桥术，如果使用隐静脉，十年后血管通畅率约为50%，人工血管的通畅率更低。此外，并不是所有的隐静脉都能够用于血管移植，甚至该手术会增加患者的死亡率。

现今血管支架使用的材料存在的主要问题之一是其机械性能与天然血管不匹配。天然血管具有自然的弹性，并且随血流扩张。人造血管与天然血管的弹性的不匹配会导致血流动力学变化，如血流速度及压力的改变以及血流变学的不一致。由于天然血管与人工血管的机械性能的不一致性往往导致人工血管移植通畅率低。

因此，采用生物相容性好的复合生物材料制备人工血管，并使其完全模拟天然血管机械性能和生物力学特性，能够解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种机械强度及生物力学特性（弹性和韧性）与天然血管极其近似的3D打印人工血管，并可作为血管移植物应用于动静脉造瘘、动脉粥样硬化性血管疾病和外周血管疾病的治疗。

本发明采用如下技术方案：

一种3D打印人工血管，由如下三层组成：内层的血液接触层，中间的隔断层和外层的疏松纳米纤维层；所述血液接触层由可降解水凝胶构成，所述中间的隔断层由高弹性纳米纤维构成，所述疏松纳米纤维层由直的弹性纤维和波浪状的韧性纤维组成。所述血液接触层是由一层光滑的水凝胶组成，水凝胶的整体呈负电性且亲水，而且凝胶表面有促进内皮细胞贴附的高活性多肽。隔断层是由致密的纳米纤维组成，该层由3D打印机的电抽丝喷头喷出形成，该层致密且薄，同时具备高弹性，该层的主要作用是防止层间细胞向其他层迁移。疏松纳米纤维层可以让内源性细胞附着并迁徙到层内形成类似天然血管壁的结构。

一种用于3D打印人工血管的打印设备，包括材料供给喷嘴，还设有滑块，所述材料供给喷嘴由滑块带动左右移动，滑块通过电机驱动；材料供给喷嘴有多个，每个材料供给喷嘴装有不同材料，材料供给喷嘴接高压电；所述材料供给喷嘴下方设有纤维丝绕制器，纤维丝绕制器通过电机驱动，可调节转速并且纤维丝绕制器的绕制直径可变，纤维丝绕制器接地线；故两者间可以形成高压放电。

利用上述打印设备打印人工血管的方法，包括如下步骤：

（1）制备内层的血液接触层：通过装有可降解水凝胶的材料供给喷嘴在纤维丝绕制器上均匀喷涂一层水凝胶，内层血液接触层制作完成；

（2）制备中间的隔断层：另一装有高弹性纳米纤维材料的材料供给喷嘴在材料供给喷嘴通有高压电时，纺织出纳米纤维丝，此时，滑块左右移动，同时纤维丝绕制器转动，制作出中间致密且薄的隔断层；