一种快速成型的人工血管及制备方法

摘要

本发明公开了一种快速成型的人工血管及制备方法，制备步骤为：在避光条件下，在同轴针头的外管和内管构成的环状管腔内填充双交联型光敏水凝胶，置于4℃冷藏8‑10分钟；在同轴针头的内管内填充CaCl2水溶液；调整同轴针头和打印平台温度，在紫外光的作用下，调整同轴针头的外管挤出速度和内管挤出速度，将挤出物打印在无菌培养皿中，得到一种快速成型的人工血管，将一种快速成型的人工血管转移至含有ECM培养基的无菌培养皿中培养。本发明在体外规模化批量生产，其在体外表现出生物大分子、葡萄糖运输等功能。在体内模型中其可以通过手术的方式与大鼠静脉吻合，实现经人工血管的全身血液循环。

权利要求

1.双交联型光敏水凝胶，其特征是用下述方法制成：

1）按比例，取甲基丙烯酸酐化明胶8g‑12g、海藻酸钠0.4g‑0.8g、平均分子量200000‑

400000的聚环氧乙烷0.04g‑0.08g、苯基（2,4,6‑三甲基苯甲酰基）磷酸锂0.2g‑0.4g、人脐

8 8

静脉内皮细胞1×10‑5×10个，余量为磷酸缓冲盐溶液，共100ml；

2）在避光条件下，按照所述甲基丙烯酸酐化明胶、海藻酸钠、平均分子量200000‑

400000的聚环氧乙烷、磷酸缓冲盐溶液、人脐静脉内皮细胞和苯基（2,4,6‑三甲基苯甲酰基）磷酸锂的顺序混合均匀，得到双交联型光敏水凝胶。

2.一种快速成型的人工血管的制备方法，其特征是包括如下步骤：在避光条件下，在同轴针头的外管和内管构成的环状管腔内填充权利要求1的双交联型光敏水凝胶，置于4℃冷藏8‑10分钟；在同轴针头的内管内填充质量浓度1%‑3%的CaCl2水溶液；将同轴针头温度调整为10‑15℃，打印平台温度调整为5‑10℃，在405nm紫外光的作用

3 3

下，将同轴针头的外管挤出速度调整为2‑3mm/s，将同轴针头的内管挤出速度调整为5mm /s，将挤出物打印在无菌培养皿中，得到一种快速成型的人工血管，将一种快速成型的人工血管转移至含有ECM培养基的无菌培养皿中培养。

3.权利要求2的制备方法制备的一种快速成型的人工血管。

说明书

一种快速成型的人工血管及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及双交联型光敏水凝胶及一种快速成型人工血管，属于生物材料领域。

背景技术

[0002] 人体中具有极其丰富而复杂的多级血管化网络，在器官的维持和运作过程中执行氧气和营养供应、废物清除以及信号传输等重要功能。当下人造的人工器官(如心脏、肝脏、肾脏)大多缺乏可用于连接受体血管、为人工器官运输营养物质的人工血管，当移植体生长到一定程度时就会因组织内部得不到有效的氧气和营养而出现细胞凋亡和组织坏死。与此同时，含细胞的人工血管的规模化快速制备也是当下的一大难题。因此，通过3D生物打印等方式制备的人工血管在近些年受到研究者们的广泛关注。

[0003] 目前实现组织器官血管化最常见的方法是将内皮细胞（ECs）和功能细胞（肝、肾、心肌细胞等）混合在具有良好生物相容性和力学性能的水凝胶中，如ECM，明胶等，通过ECs在水凝胶中的增殖和迁移，最终自组装形成毛细血管网络。但完全由自组装形成的毛细血管在受者体内整合效率不高，且无法和受者体内的主要血管快速建立连接，对一些急性器官衰竭的患者达不到挽救性治疗的效果。因此，亟需一种可以为人工器官运输营养成分且能够与受者血管直接连接的人工血管。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供双交联型光敏水凝胶。

[0005] 本发明的第二个目的是提供一种快速成型的人工血管。

[0006] 本发明的第三个目的是提供一种快速成型的人工血管的制备方法。

[0007] 本发明的技术方案概述如下：

[0008] 双交联型光敏水凝胶，用下述方法制成：

[0009] 1）按比例，取甲基丙烯酸酐化明胶8g‑12g、海藻酸钠0.4g‑0.8g、平均分子量200000‑400000的聚环氧乙烷0.04g‑0.08g、苯基（2,4,6‑三甲基苯甲酰基）磷酸锂0.2g‑
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0.4g、人脐静脉内皮细胞1×10‑5×10个，余量为磷酸缓冲盐溶液，共100ml；

[0010] 2）在避光条件下，按照所述甲基丙烯酸酐化明胶、海藻酸钠、平均分子量200000‑400000的聚环氧乙烷、磷酸缓冲盐溶液、人脐静脉内皮细胞和苯基（2,4,6‑三甲基苯甲酰基）磷酸锂的顺序混合均匀，得到双交联型光敏水凝胶。

[0011] 一种快速成型的人工血管的制备方法，包括如下步骤：

[0012] 在避光条件下，在同轴针头的外管和内管构成的环状管腔内填充上述双交联型光敏水凝胶，置于4℃冷藏8‑10分钟；在同轴针头的内管内填充质量浓度1%‑3%的CaCl2水溶液；将同轴针头温度调整为10‑15℃，打印平台温度调整为5‑10℃，在405nm紫外光的作用3 3
下，将同轴针头的外管挤出速度调整为2‑3mm/s，将同轴针头的内管挤出速度调整为5mm /s，将挤出物打印在无菌培养皿中，得到一种快速成型的人工血管，将一种快速成型的人工血管转移至含有ECM培养基的无菌培养皿中培养。

[0013] 上述制备方法制备的一种快速成型的人工血管。

[0014] 本发明的优点：

[0015] 本发明的一种双交联型光敏水凝胶可在CaCl2溶液和405nm紫外光的双重固化作用下迅速成型，长时间保持血管状形态，具有良好的生物相容性以及3D打印性能。

[0016] 本发明的一种快速成型的人工血管可通过3D生物打印技术在体外规模化批量生产，其在体外表现出生物大分子、葡萄糖运输等功能。在体内模型中其可以通过手术的方式与大鼠静脉吻合，实现经人工血管的全身血液循环。

附图说明

[0017] 图1为快速成型的人工血管；

[0018] 图2为快速成型的人工血管体外大分子物质运输检测结果图；

[0019] 图3为快速成型的人工血管体外葡萄糖运输检测结果图；

[0020] 图4为快速成型的人工血管在大鼠体内的静脉血管吻合状况图。

具体实施方式

[0021] 所有原料均为市售。

[0022] 下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

[0023] 实施例1‑3双交联型光敏水凝胶

[0024] 三个实施例的原料配方见表1，以配100 ml为例。

[0025]

[0026] 按比例，还可以配任何的体积。

[0027] 在避光条件下，按照表1，按甲基丙烯酸酐化明胶、海藻酸钠、平均分子量200000‑400000的聚环氧乙烷、磷酸缓冲盐溶液、人脐静脉内皮细胞和苯基（2,4,6‑三甲基苯甲酰基）磷酸锂的顺序混合均匀，分别得到实施例1、实施例2、实施例3的双交联型光敏水凝胶。

[0028] 实施例4

[0029] 一种快速成型的人工血管的制备方法，包括如下步骤：

[0030] 在避光条件下，在同轴针头（两个商用针分别为13G和8G）的外管和内管构成的环状管腔内填充实施例1的双交联型光敏水凝胶，置于4℃冷藏9分钟；在同轴针头的内管内填充质量浓度2%的CaCl2水溶液；将同轴针头温度调整为13℃，打印平台温度调整为8℃，在3
405nm紫外光的作用下，将同轴针头的外管挤出速度调整为2.5mm/s，将同轴针头的内管挤
3
出速度调整为5mm/s，将挤出物打印在无菌培养皿中，得到一种快速成型的人工血管，见图
1，将一种快速成型的人工血管转移至含有ECM培养基的无菌培养皿中培养。

[0031] 实施例5

[0032] 一种快速成型的人工血管的制备方法，包括如下步骤：

[0033] 在避光条件下，在同轴针头（两个商用针分别为13G和8G）的外管和内管构成的环状管腔内填充实施例2的双交联型光敏水凝胶，置于4℃冷藏8分钟；在同轴针头的内管内填充质量浓度1%的CaCl2水溶液；将同轴针头温度调整为10℃，打印平台温度调整为5℃，在3
405nm紫外光的作用下，将同轴针头的外管挤出速度调整为2mm/s，将同轴针头的内管挤出
3
速度调整为5mm /s，将挤出物打印在无菌培养皿中，得到一种快速成型的人工血管（形状与实施例4制备的人工血管相似），将一种快速成型的人工血管转移至含有ECM培养基的无菌培养皿中培养。

[0034] 实施例6

[0035] 一种快速成型的人工血管的制备方法，包括如下步骤：

[0036] 在避光条件下，在同轴针头（两个商用针分别为13G和8G）的外管和内管构成的环状管腔内填充实施例3的双交联型光敏水凝胶，置于4℃冷藏10分钟；在同轴针头的内管内填充质量浓度3%的CaCl2水溶液；将同轴针头温度调整为15℃，打印平台温度调整为10℃，3
在405nm紫外光的作用下，将同轴针头的外管挤出速度调整为3mm/s，将同轴针头的内管挤
3
出速度调整为5mm/s，将挤出物打印在无菌培养皿中，得到一种快速成型的人工血管（形状与实施例4制备的人工血管相似），将一种快速成型的人工血管转移至含有ECM培养基的无菌培养皿中培养。

[0037] 可以调整同轴针头的两个商用针的直径，可以得到不同直径，及不同厚度的一种快速成型的人工血管。

[0038] 实施例7

[0039] 检测：

[0040] （1）生物大分子扩散

[0041] 使用含有CY7荧光染料（0.1mg/ml, APE x BIO）的磷酸缓冲盐溶液对实施例4制备的一种快速成型的人工血管进行体外模拟灌流，调整灌流速度为6ml/min，分别在灌流开始后0min、10min、15min、30min、60min、120min通过Maestro成像系统（CRi Maestro）监测监测血管经流的打印体的不同部位的荧光强度；见图2。

[0042] （2）葡萄糖积累

[0043] 将实施例4制备的一种快速成型的人工血管置于含有磷酸缓冲盐溶液的6cm培养皿中，血管两端置于培养皿外，使用含有葡萄糖（100mg/dl）的磷酸缓冲盐溶液对血管进行体外灌流，分别在灌流开始后的不同时间对皿中磷酸缓冲盐溶液的葡萄糖浓度进行检测。见图3。

[0044] （3）一种快速成型的人工血管在大鼠体内的静脉吻合

[0045] 取10‑12周龄SD大鼠（本实验采用的是12周龄SD大鼠）进行人工血管吻合实验。术前使用3%异氟醚对大鼠进行快速麻醉。手术中使用止血夹夹住大鼠下腔静脉和肝门静脉的末端以暂时停止血流，下腔静脉和肝门静脉两端各插入一个袖带，并用6‑0手术缝合线固定，将实施例4制备的一种快速成型的人工血管的两端插入袖带，然后取下止血夹建立血液灌流。见图4。

[0046] 实验证明，实施例5、6制备的一种快速成型的人工血管在生物大分子扩散、葡萄糖积累和在大鼠体内的静脉吻合的实验中，其实验结果与实施例4制备的一种快速成型的人工血管相似。