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中国在3D打印血管方面贡献竟然这么大

来源:e键打印   发布时间:2016-12-16 10:45:06   浏览次数:1287

中国在3D打印血管方面贡献竟然这么大


3D打印血管的技术水平主要体现在在抗凝血性、抗缝合性、生长修复能力方面,临床上血管移植物一般应具备以下几个特性:良好的血液相容性,无血栓形成;足够的力学性能和抗缝合强度;良好的生物可降解性和组织再生能力;溶出物、渗出物及降解物无毒、无免疫排异反应。


国际上对于3D打印人工血管从美国哥伦比亚大学,到克莱姆森大学、新加坡南洋理工大学、美国犹他大学、美国南卡罗来纳医科大学、美国伊利诺伊大学香槟分校、美国宾夕法尼亚大学、美国华盛顿大学等都做了不懈的努力,颇有建树的是哈佛大学。


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曲径通幽的技术


哈佛大学的研究人员在整个打印过程中使用了三种生物墨水。其中第一种墨水含有细胞外基质,这是一种由水、蛋白质和碳水化合物构成的复杂混合物,用于连接每个细胞,从而形成一个组织。第二种墨水包含细胞外基质和干细胞。第三种用于打印血管,这种墨水在冷却过程中融化,所以研究人员可以从冷却的物质中将墨水抽出来,并保留空心管 。那么在3D打印人工血管这方面,国内的进展如何?


南开大学


关键词:三层人工血管制备技术


南开大学认为当前制备各种类型的小口径人工血管技术,大致可分三类:包括以合成材料和天然材料为基质制备人工血管技术,天然血管脱细胞技术以及自组装技术。其中第一种技术利用静电纺丝,粒子沥滤,相分离等多种技术制备具有孔隙的人工血管,然而在利用这些技术制备人工血管的过程中极少考虑并控制人工血管内表面物理拓扑结构。而大量基础研究显示人工血管材料表面的拓扑结构(如光滑与粗糙程度),会影响血浆蛋白以及血小板的粘附,同时也会影响内皮细胞和平滑肌细胞的粘附和增殖,进而影响人工血管的通畅。南开大学设计并制备了由内层、中层和外层组成的三层人工血管。步骤概括如下:


人工血管内层制备:以生物可降解高分子为原料,由墨水打印法制备人工血管内层。


由于内表面光滑致密所以能够抑制血浆蛋白和血小板粘附,同时防止在植入时血液向人工血管壁渗透,引发急性血栓,另外致密的内层能够增强轴向的力学强度;


人工血管中层制备:中层是在人工血管内层外侧通过静电纺丝,湿法纺丝,熔融纺丝或3D打印技术中的一种或者几种制备得到,由具有一定角度排布的直径为5-100微米螺旋取向纤维缠绕而成。中层的主要作用是引导周围组织细胞向支架内部取向生长,实现细胞外基质取向沉积排布,同时取向微米纤维能够提供径向力学支持。


人工血管外层制备:外层是在人工血管内层和中层外侧通过熔融纺丝和3D打印法制备,主要是在人工血管弯曲时起到防止打折的作用。


上海大学


关键词:分叉结构三维分层血管支架


人体内的血管内径从5微米到25毫米不等,尺寸较大的血管壁有明显的三层结构:内膜,中膜和外膜。内膜是附着在基底膜上的单层内皮细胞;中膜由大量的平滑肌细胞或弹性组织构成;外膜主要由包含成纤维细胞和血管。


在组织工程血管支架成形工艺方面,常常使用的工艺方法主要可以分为两类:一类是基于血管模型预建立方法;另一类是基于组织结构内血管网络生成的方法。血管模型预建立方法又可以分为利用模具浇注和结合电纺丝技术成形的方法;而基于组织结构内血管网络生成的方法主要是通过3D细胞培养技术,利用内皮细胞等自发地在生物支架内形成细微的通道。这些传统方法虽然获得了较成功的血管支架或具有血管网络的支架,但是目前制备多层血管支架的工艺方法很难实现支架三维空间的结构以及血管分叉的形态,而能够实现一定三维分叉流道结构的工艺方法又很难实现血管的三层结构。


上海大学针对已有血管支架制备工艺存在的缺陷,提供一种分叉结构三维分层血管支架的成形系统和方法,e键打印了解到该系统通过3D打印技术制造模具,通过向模具中灌注水凝胶的方式,进行血管支架的逐层制备;利用普朗尼克F127牺牲材料,通过先添加后牺牲的方法实现血管支架的中空结构,最终形成具有分叉结构的三维分层血管支架。


蓝光英诺


关键词:3D生物打印技术促进人工血管内皮化


蓝光英诺公告称,其3D生物打印血管申请临床试验,动物在体实验成功之后,下一步蓝光英诺3D生物打印血管将向有关监管机构申请临床试验。


蓝光英诺3D生物打印的专利技术是生物砖,生物砖的技术意义在于实现对细胞的精确排布,这是人工构建组织器官的关键。蓝光英诺认为已知的生物打印技术存在着缺陷。目前大多数生物打印方法均无法实现对细胞的精确排布,从而也不能制造出具有精细结构的微组织团块。与此同时,在目前已经知晓的生物打印方法中,所使用的细胞均缺乏力学保护。因此,当将细胞用于3D生物打印时,细胞易于因外界压力或剪切力的伤害而受损或死亡。这大大限制了生物打印技术的应用。


蓝光英诺的生物砖打印技术给细胞提供了有效的力学保护,从而确保了细胞在打印过程中存活率(达到90%以上)。蓝光英诺所制备的生物墨汁可在生物打印过程中实现细胞的精确排布,实现组织或器官的精确生物打印。微血管是组织内部细胞获取营养物质及排出代谢物的唯一通道。使用生物砖构建的人工构建体(如人工组织),需要能够形成微血管,以使其内部细胞能够存活,内部具备微血管是组织块具备生物学功能的重要条件。


广州宏畅生物科技


关键词:实现生物人工血管的体内重塑


广州宏畅生物科技研发出具有良好力学性能、能实现自我在体重塑的生物人工血管,能将生物人工血管转换为一个能持续释放腺苷的生物反应器,有效的优化局部微环境和促进其快速内皮化,用于临床上修复血管缺损或血管搭桥。


广州宏畅生物科技的制作步骤包括血管支架复合材料的获取,编织血管,血管的修饰。其中3D打印技术体现在编制血管和血管的修饰过程中。


关于降解物无毒,广州宏畅生物科技构建生物人工血管的胶原,在保持三螺旋结构的同时去除其抗原点—尾肽。e键打印了解到这种材料为天然生物材料,来源广泛,无毒性,降解产物可被机体吸收,不对机体产生危害,制作简便,易于塑形,并在功能适应性、组织相容性、理化性能、生物降解性、造价等方面优于人工合成材料。


广州宏畅生物科技获得的生物人工血管移植到动物体内,14天经光镜及电镜检测,可见血管腔内皮细胞形态正常,密集排列,沿血管长轴分布,说明血管成功形成了自体的内皮化,液相色谱检测生物人工血管能持续释放腺苷分子。1个月后进行HE染色、免疫荧光染色和电镜检测,可见血管内皮化良好,无显著的内膜增生和血栓形成。6个月后HE染色、免疫荧光染色和电镜检测,可见已经实现了血管的完全自我重塑。

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