[发明专利]一种含血管结构的大尺寸生物组织及构建方法

说明书

本发明涉及一种含血管结构的大尺寸生物组织及构建方法。现有的细胞三维培养中，支架的弹性模量在保证结构稳定和细胞相容性方面存在矛盾，且制备大尺寸结构时，需要血管状结构提供营养物质交换通道，而关于影响管状结构扩散性的管壁孔隙率的调控研究比较少。本发明利用中空支架作为支撑支架，将负载细胞的基质材料浇筑在支撑支架上，通过调控支撑支架的力学性能可保证整体支架结构的稳定，有效解决传统细胞三维培养中，支架在保证结构稳定和生物相容性两方面对支架材料的力学性能的矛盾要求。在同轴打印外层材料中加入温敏性材料，通过外层温敏性材料的去除，可提高结构管壁的孔隙率，进一步提高中空管的扩散性。

技术领域

本发明属于生物组织技术领域，具体涉及一种含血管结构的大尺寸生物组织及其构建方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

在细胞的三维培养中，为保证支架结构的稳定，支架材料需要具有较高的弹性模量，而在体外培养时，支架的力学性能会影响细胞的存活、增殖和分化，因此为保证支架具有良好的生物相容性，需使支架的力学性能尽可能接近细胞在体内环境的力学性能，而不同细胞在体内生存环境的力学性能存在差异，如脑细胞，需要较低的弹性模量，而骨细胞则需要较高的弹性模量，因此支架的力学性能在保证结构稳定和细胞相容性方面存在矛盾。

此外，由于营养物质扩散距离有限，因此，在制备大尺寸组织器官时，为保证模型的长期生存能力和功能，需要引入血管结构。体外制备血管结构方法主要有直接制备血管结构和间接制备血管结构两种，直接制备主要采用同轴挤出，打印出中空管道，也有学者研究同轴挤出时，先在内层部分打印出牺牲材料，然后等结构全部制备完成后，再将牺牲材料去除，进而制备中空结构，同轴打印可以直接打印出中空管状结构。间接制备血管结构是先采用牺牲材料制备出模型，然后包裹在水凝胶材料中，待水凝胶材料固化后，再将牺牲材料去除，从而制备出血管结构。

发明人认为，现有体外制备的血管结构的扩散性会受其管壁孔隙率的影响，而目前无论是直接制备或间接制备的血管，其管壁的孔隙率均依赖材料本身的性质，均未进行有效调节。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种含血管结构的大尺寸生物组织及生物组织的构建方法。

本发明第一方面，提供一种含血管结构的大尺寸生物组织，所述生物组织中包括载细胞水凝胶基质及支撑支架，所述支撑支架为中空的管路，穿插在载细胞水凝胶基质中；所述支撑支架中含有温敏材料。

上述第一方面提供的大尺寸生物组织设计思路如下：支撑支架类似于房屋建筑中的钢筋支架，起到增强力学性能、保证结构稳定的作用，而载细胞水凝胶基质材料则类似于混凝土材料，浇筑在支撑支架上。由于支撑支架可保证结构稳定，因此载细胞水凝胶基质材料在设计时，只考虑其生物性能即可，以使材料性能接近细胞所在的体内组织，无需像一般生物3D打印技术中应用的材料，需平衡力学性能，以满足支架结构稳定和生物相容性对材料力学性能不统一，甚至矛盾的要求。

此外，为保证组织内部的细胞能够获得充分的氧气和营养物质，支撑支架设计成中空管道结构，在组织培养过程中，中空管道可以向组织内部的细胞输送营养物质和氧气，同时将细胞代谢的废物输出，完成生物组织中血管结构的生理功能。为了进一步提高支撑结构的营养扩散效果，支撑支架的制备过程中掺入了温敏材料，温敏性材料可以随温度的变化，发生可逆的溶胶-凝胶转换。通过调控环境温度，支撑支架中的温敏性材料由凝胶态转变为液态，并溶解到周围环境中，从而提高支撑结构管壁的孔隙率，提高血管结构中营养物质的扩散效果。