本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于生物打印技術(shù)的組織工程神經(jīng)移植物及其制備方法，所述組織工程神經(jīng)移植物包括外管和管內(nèi)纖維支架，內(nèi)外表面可包覆營養(yǎng)因子和/或細(xì)胞。利用生物打印技術(shù)，按照神經(jīng)的實(shí)際形態(tài)需求進(jìn)行高真度仿真打印，通過調(diào)整噴墨打印機(jī)的噴嘴的大小、數(shù)量、噴嘴到底層的距離、增壓器脈沖頻率和編制特定打印的控制程序，用噴墨打印機(jī)將聚合物材料溶液三維打印成特定的神經(jīng)移植物，用于周圍神經(jīng)缺損和脊髓損傷的治療。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種基于生物打印技術(shù)的組織工程神經(jīng)移植物及其制備方法。
技術(shù)介紹
現(xiàn)實(shí)社會中交通事故、工傷事故、運(yùn)動意外、地震、戰(zhàn)爭及臨床手術(shù)等事件均會造成周圍神經(jīng)損傷，臨床上但當(dāng)中長距離的神經(jīng)缺損不能依靠端對端的縫合來彌補(bǔ)神經(jīng)缺失時(shí)，就不得不依靠移植物來橋接修復(fù)。目前臨床上自體神經(jīng)移植仍然是治療這類疾病最好的方法。因?yàn)楣┮浦灿玫淖泽w神經(jīng)來源有限、產(chǎn)生新的創(chuàng)傷、組織結(jié)構(gòu)和尺寸難以相匹配和移植供區(qū)長期失神經(jīng)支配等原因，導(dǎo)致自體神經(jīng)移植應(yīng)用的很大局限性。近年來，基于生命科學(xué)與工程學(xué)的原理和技術(shù)發(fā)展起來的組織工程學(xué)為構(gòu)建神經(jīng)移植替代品提供了一條新的出路。采用組織工程技術(shù)修復(fù)神經(jīng)損傷的研究主要集中在設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的組織工程神經(jīng)橋接裝置，目前這類橋接物通常是單獨(dú)采用生物材料，通過將其加工成管狀結(jié)構(gòu)的神經(jīng)引導(dǎo)通道，為神經(jīng)的再生提供適當(dāng)?shù)目臻g和引導(dǎo)作用。傳統(tǒng)人工神經(jīng)移植物多采用注模方法制備，或采用靜電紡技術(shù)與生物打印技術(shù)相結(jié)合的方法生產(chǎn)納米纖維的人工移植材料。中國專利公開號CN101829361A公開了一種用于組織修復(fù)的納米仿生材料及其制備方法，所述納米仿生材料包括納米仿生支架和附著于其上的水溶膠，水溶膠內(nèi)包覆有一種或幾種營養(yǎng)因子和/或細(xì)胞。其所述制備方法包括制備電紡溶液和含有營養(yǎng)因子和/或細(xì)胞的水溶膠溶液；用靜電紡絲制得納米仿生支架；用噴墨打印機(jī)將含有營養(yǎng)因子和/或細(xì)胞的水溶膠溶液打印到納米仿生支架上等步驟。噴墨打印技術(shù)是將墨滴噴射到接受體形成圖像或文字的非接觸性打印技術(shù)，它不僅應(yīng)用于辦公噴墨打印機(jī)，而且被成功的運(yùn)用于醫(yī)學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程中，形成了生物打印技術(shù)。生物打印能按預(yù)定計(jì)劃精確定位，生物打印的紙片理論上設(shè)計(jì)為一種在體內(nèi)可降解的生物紙片；生物打印的墨水理論上設(shè)計(jì)為特質(zhì)的細(xì)胞溶液或有生物活性的營養(yǎng)因子溶液。將這種特制溶液噴射到可生物降解的生物紙片上。打印后再將紙片按一定順序堆疊。 使用生物打印技術(shù)，可以將細(xì)胞或/和營養(yǎng)因子精確的結(jié)合到預(yù)定部位。隨著該技術(shù)的研究不斷深入，研究表明噴墨打印技術(shù)適用于打印細(xì)胞、生物支架材料和細(xì)胞活性因子，其在器官打印中的應(yīng)用也日益受到關(guān)注，這為組織工程在構(gòu)建纖維組織和器官中的成功運(yùn)用帶來了新的希望。中國專利公開號CN1589913公開了一種用于修復(fù)周圍神經(jīng)缺損的組織工程化周圍神經(jīng)，使用神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞或向神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞分化的干細(xì)胞作為種子細(xì)胞，采用生物可降解材料構(gòu)成的神經(jīng)導(dǎo)管，同時(shí)應(yīng)用復(fù)合有神經(jīng)營養(yǎng)因子的控制釋放微球，并含有細(xì)胞外基質(zhì)。由于神經(jīng)干細(xì)胞研究起步較晚，目前建立的神經(jīng)干細(xì)胞系絕大多數(shù)來源于鼠，而鼠與人之間存在明顯的種屬差異，利若用自體細(xì)胞，由于神經(jīng)干細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，取材難度非常大。骨髓干細(xì)胞是存在于骨髓中的多能干細(xì)胞，包括造血干細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞兩4類。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells,MSCs)是骨髓內(nèi)造血干細(xì)胞以外的非造血干細(xì)胞，是造血微環(huán)境的重要組成部分。近年來的研究表明MSCs具有全能干細(xì)胞的特點(diǎn)，有報(bào)道MSCs可跨胚層分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、雪旺氏細(xì)胞，并表達(dá)神經(jīng)組織細(xì)胞表型蛋白如NGF、MAP-2、CNPase, GFAP, 0X-42及 SlOO等相關(guān)因子，以改善神經(jīng)再生過程中的微環(huán)境。近年來研究顯示，MSCs在體內(nèi)、外可誘導(dǎo)分化為雪旺氏樣細(xì)胞，并可促進(jìn)周圍神經(jīng)損傷的修復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)，將MSCs植入硅膠管內(nèi)， 可以促進(jìn)大鼠及犬坐骨神經(jīng)再生。雪旺氏細(xì)胞的主要功能之一是形成髓鞘。髓鞘是脊椎動物神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)圍繞神經(jīng)軸突高度特化的膜性結(jié)構(gòu)，生理功能主要是促使鈉離子順利通過、傳導(dǎo)神經(jīng)沖動和防止神經(jīng)沖動擴(kuò)散的絕緣作用。髓鞘再生，使軸突重新獲得包繞是恢復(fù)軸突生理功能的前提。同時(shí)， 雪旺氏細(xì)胞還具有分泌神經(jīng)營養(yǎng)因子如NGF、BDNF CNTF、FGF，產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)CEM和細(xì)胞黏附分子CAM等功能，為支持和引導(dǎo)軸突再生，軸突再生提供良好的環(huán)境。神經(jīng)營養(yǎng)因子(NTF)是一組超出普通維持生存所必須的基本營養(yǎng)物質(zhì)以外的、對神經(jīng)細(xì)胞起特殊營養(yǎng)作用的多肽分子。研究表明神經(jīng)營養(yǎng)因子在胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化、創(chuàng)傷愈合、免疫調(diào)節(jié)及腫瘤發(fā)生等方面都發(fā)揮著重要的生物學(xué)調(diào)節(jié)作用。各種NTF因子在單獨(dú)發(fā)揮作用的同時(shí)，還通過相互促進(jìn)和協(xié)同作用產(chǎn)生放大效應(yīng)，使它們在體內(nèi)發(fā)揮出更大的生物學(xué)活性。這些神經(jīng)營養(yǎng)因子包括神經(jīng)生長因子(NGF)、堿性成纖維生長因子(bFGF)、神經(jīng)營養(yǎng)素_3 (NT-3)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)營養(yǎng)素-4 (NT-4)、膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(⑶NF)等。現(xiàn)有研究表明，在神經(jīng)缺損修復(fù)中需要生物微環(huán)境如神經(jīng)營養(yǎng)因子等物質(zhì)的作用，這提示人工神經(jīng)移植物上含有一定濃度的神經(jīng)營養(yǎng)因子，將能夠提高缺損神經(jīng)的修復(fù)效果，尤其是對長距離、粗大神經(jīng)缺損。有文獻(xiàn)公開了應(yīng)用殼聚糖神經(jīng)導(dǎo)引管作為神經(jīng)再生室橋接大鼠坐骨神經(jīng)缺損，結(jié)果表明殼聚糖神經(jīng)導(dǎo)引管為大鼠坐骨神經(jīng)再生提供一個(gè)良好的再生微環(huán)境，再生坐骨神經(jīng)功能恢復(fù)良好(于炎冰等，殼聚糖導(dǎo)管橋接周圍神經(jīng)缺損的實(shí)驗(yàn)研究，中華神經(jīng)外科雜志，2000，Vol. 16，No. 6，P375-378)。中國專利99123745. 5公開了一種用于神經(jīng)修復(fù)的導(dǎo)管，主要由殼聚糖、明膠、戊二醛、醋酸、氫氧化鈉、多聚賴氨酸組成。但是作為交聯(lián)劑的戊二醛具有一定的毒性。隨著人工神經(jīng)移植物材料研究的逐漸成熟和完善，在材料上固定神經(jīng)生長因子這方面的研究逐步成為神經(jīng)再生領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。中國專利01136314. 2，公開了一種引導(dǎo)和促進(jìn)神經(jīng)有效再生的脫乙酰度為15-45%的甲殼質(zhì)生物套管，該套管管壁上還可以進(jìn)一步包括O. 3%-3%的海藻鹽和5-10%的促神經(jīng)生長因子藥物。但是該法制得的套管缺乏豐富的能提供神經(jīng)軸突攀附生長的管道。中國專利 20041009259. 9公開了一種由殼聚糖外管壁和具有軸向多通道的生物來源填充基質(zhì)組成的神經(jīng)組織工程管狀支架，該支架具有7 50的軸向通道，通道內(nèi)徑為200 500 μ m,各通道間具有相互連通的微孔。但該法需要將多根一定直徑的不銹鋼針平行貫穿固定在殼聚糖管內(nèi)，步驟繁瑣，神經(jīng)導(dǎo)管抗拉強(qiáng)度有限。中國專利公開號CN102309782A公開了一種基于活細(xì)胞的復(fù)雜三維微通道多孔支架的制備方法，先制備水凝膠單體濃度不同的兩份水凝膠溶液，再制備水凝膠溶膠與細(xì)胞培養(yǎng)液的混合液，將兩份混合液裝入細(xì)胞打印機(jī)的兩套不同的注射器中，然后再培養(yǎng)皿表面打印混合液，直至形成所需三維結(jié)構(gòu)的載細(xì)胞水凝膠支架。5
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于生物打印技術(shù)的組織工程神經(jīng)移植物及其制備方法，所述組織工程神經(jīng)移植物是由可降解聚合物材料通過生物打印制得，包括外管和管內(nèi)納米纖維支架。所述制備方法是精確模擬不同神經(jīng)的三維空間結(jié)構(gòu)，利用生物打印技術(shù)，通過調(diào)整噴墨打印機(jī)的噴嘴的大小、數(shù)量、噴嘴到底層的距離、增壓器脈沖頻率和編制特定打印的控制程序，用噴墨打印機(jī)將聚合物材料溶液三維打印成的神經(jīng)移植物。本專利技術(shù)的另一目的在于提供一種支架內(nèi)部或者表面和外管內(nèi)外表面還包覆有營養(yǎng)因子和/或細(xì)胞的組織工程神經(jīng)移植物及其制備方法，將上述通過生物打印技術(shù)制本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于生物打印技術(shù)制備的組織工程神經(jīng)移植物，其特征在于包括外管和管內(nèi)納米纖維支架，所述外管直徑1？9mm，壁厚為0.5？1mm，所述管內(nèi)納米纖維支架的直徑為0.1mm，支架的根數(shù)為5？30根，支架在管內(nèi)均勻分布。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于生物打印技術(shù)制備的組織工程神經(jīng)移植物，其特征在于包括外管和管內(nèi)納米纖維支架，所述外管直徑l_9mm，壁厚為O. 5_lmm，所述管內(nèi)納米纖維支架的直徑為 O. Imm,支架的根數(shù)為5-30根,支架在管內(nèi)均勻分布。2.如權(quán)利要求I所述的神經(jīng)移植物，其特征在于所述支架內(nèi)部或者表面和外管內(nèi)外表面還包覆有營養(yǎng)因子和/或細(xì)胞。3.如權(quán)利要求2所述的神經(jīng)移植物，其特征在于所述細(xì)胞包括來源于自體或異體，為雪旺細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、臍帶血干細(xì)胞、皮膚干細(xì)胞中的一種或幾種組入口 ο4.如權(quán)利要求3所述的神經(jīng)移植物，其特征在于所述包覆在所述外管和管內(nèi)纖維支架表面的細(xì)胞密度為I X IO6-I X IOVml。5.如權(quán)利要求2所述的神經(jīng)移植物，其特征在于所述營養(yǎng)因子為神經(jīng)生長因子(NGF)、 堿性成纖維生長因子(bFGF)、腦源神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)營養(yǎng)因子3( NT-3 )、膠質(zhì)細(xì)胞源神經(jīng)營養(yǎng)因子(⑶NF )中的一種或幾種。6.如權(quán)利要求5所述的組織工程神經(jīng)移植物，其特征在于所述營養(yǎng)因子在神經(jīng)移植物支架材料上的量為I μ g/g-10mg/g。7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的神經(jīng)移植物，其特征在于所述外管和管內(nèi)納米纖維支架為可降解聚合物材料。8.如權(quán)利要求7所述的神經(jīng)移植物，其特征在于所述可降解聚合物材料為聚乳酸、聚乙醇酸、膠原、明膠、殼聚糖、海藻酸鈉、絲素蛋白、角蛋白中的一種或者其中幾種混合物。9.一種如權(quán)利要求I所述的組織工程神經(jīng)移植物的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)制備含有神經(jīng)移植物材料的溶液置于打印機(jī)墨盒中；(2)調(diào)整打印機(jī)噴嘴針頭直徑為2-200μ m，針頭數(shù)量為4-16個(gè)，噴嘴到底層的距離為 10-50_，增壓器脈沖頻率l-50v ；(3)通過精確模擬不同神經(jīng)的形狀及三維空間結(jié)構(gòu)，利用生物打印技術(shù)，按照神經(jīng)的實(shí)際形態(tài)需求進(jìn)行高真度仿真打印，使用步驟(2)參數(shù)進(jìn)行打印，形成外管和管內(nèi)均勻分布的纖維支架。10.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于所述打印機(jī)噴嘴針頭直徑為 50-100 μ m，針頭數(shù)量為9個(gè)，噴嘴到底層的距離為10-25mm，增壓器脈沖頻率10_15v。11.一種如權(quán)利要求2所述的組織工程神經(jīng)移植物的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)制備含有神經(jīng)移植物材料的溶液、細(xì)胞和/或營養(yǎng)因子溶液，分別置于獨(dú)立的墨盒中；(2)調(diào)整與裝...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊宇民，顧曉松，丁斐，趙亞紅，
申請(專利權(quán))人：南通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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