【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及生物學,再生醫學,生物打印(例如3D生物打印),組織工程學等
特別地,本專利技術涉及一種可用于生物打印(例如3D生物打印)和組織工程的生物磚,所述生物磚的至少一個殼層包含氧化的海藻酸鹽(例如氧化的海藻酸鈉和/或氧化的海藻酸鈣),包含所述生物磚的組合物(例如生物墨汁),所述生物磚的制備方法以及其用途,以及包含所述生物磚或者使用所述生物磚/生物墨汁構建的構建體(例如三維構建體)。
技術介紹
在人體組織中,細胞按照一定的規則和順序進行排列與分布。不同功能的組織,其細胞排布不同。例如,構成上皮組織的上皮細胞呈單層緊密排列以保證其保護功能;肌細胞成條索狀排列以保證其收縮功能;神經細胞間平行排列或交織成網以增強其信息傳遞功能等。細胞排布的異常,表現為細胞形態、細胞間連接、細胞群整體功能的異常。各種組織器官的病理變化過程中均存在細胞排布異常,引起細胞功能異常并導致組織器官整體結構和功能的破壞。例如,肝臟腫瘤組織中肝細胞條索排布紊亂,無正常肝小葉結構;小腸上皮細胞排布紊亂引起細胞屏障作用受到破壞,腸道內毒素吸收增加并形成內毒素血癥;血管平滑肌細胞排布紊亂,引起血管順應性降低、彈性減弱、抗壓力能力減弱等。因此,實現對細胞的精確排布是人工構建組織器官的關鍵。3D生物打印技術是近幾年來興起的一項技術,其已被嘗試用于構建復雜的組織和器官。目前已報道了數種3D生物打印技術,其中最受關注的是,CYFUSE BIOMEDICAL KK公司提出的3D生物打印技術(下文簡稱為Cyfuse技術,參見例如美國專利申請US 14/126,681,以及
Or ...
【技術保護點】
一種生物磚,其包括:細胞,包裹細胞的核層,和,封裝核層的殼層;其中,所述核層和殼層各自獨立地由生物可降解材料制成,并且至少一個殼層包含氧化的海藻酸鹽;優選地,所述殼層不包含細胞;優選地,所述生物磚包括至少一個核層,例如1個、2個、3個、4個、5個或更多個核層;優選地,所述生物磚包括至少二個核層,并且各個核層各自獨立地由生物可降解材料制成,和/或,各個核層各自獨立地包裹相同或不同的細胞或細胞組合;優選地,所述生物磚包括至少一個殼層,例如1個、2個、3個、4個、5個或更多個殼層;優選地,所述生物磚的最外側包含至少一個殼層;更優選地,位于生物磚最外側的殼層包含氧化的海藻酸鹽;優選地,所述生物磚包括:一個核層和一個殼層;或者,一個核層和2個或更多個殼層;或者,2個或更多個核層和一個殼層;或者,至少2個核層和至少2個殼層;優選地,所述生物磚由內到外依次包括:核層和殼層;或者,核層、第一殼層、和第二殼層;或者,第一核層、第二核層、和殼層;或者,第一核層、第二核層、第一殼層、和第二殼層;或者,第一核層、第一殼層、第二核層、和第二殼層;優選地,所述生物磚具有一定的力學強度,從而能夠實現立體堆積;優選地 ...
【技術特征摘要】
2015.04.07 CN 2015101609420;2015.10.22 CN 201510691.一種生物磚,其包括:細胞,包裹細胞的核層,和,封裝核層的殼層;其中,所述核層和殼層各自獨立地由生物可降解材料制成,并且至少一個殼層包含氧化的海藻酸鹽;優選地,所述殼層不包含細胞;優選地,所述生物磚包括至少一個核層,例如1個、2個、3個、4個、5個或更多個核層;優選地,所述生物磚包括至少二個核層,并且各個核層各自獨立地由生物可降解材料制成,和/或,各個核層各自獨立地包裹相同或不同的細胞或細胞組合;優選地,所述生物磚包括至少一個殼層,例如1個、2個、3個、4個、5個或更多個殼層;優選地,所述生物磚的最外側包含至少一個殼層;更優選地,位于生物磚最外側的殼層包含氧化的海藻酸鹽;優選地,所述生物磚包括:一個核層和一個殼層;或者,一個核層和2個或更多個殼層;或者,2個或更多個核層和一個殼層;或者,至少2個核層和至少2個殼層;優選地,所述生物磚由內到外依次包括:核層和殼層;或者,核層、第一殼層、和第二殼層;或者,第一核層、第二核層、和殼層;或者,第一核層、第二核層、第一殼層、和第二殼層;或者,第一核層、第一殼層、第二核層、和第二殼層;優選地,所述生物磚具有一定的力學強度,從而能夠實現立體堆積;優選地,所述生物磚具有0.01-0.4GPa的硬度,例如0.01-0.02、0.02-0.03、0.03-0.04、0.04-0.05、0.05-0.06、0.06-0.07、0.07-0.08、0.08-0.09、0.09-0.1、0.1-0.15、0.15-0.2、0.2-0.3、0.3-0.4、0.01-0.4、0.01-0.05、0.05-0.1、0.1-0.2、0.2-0.4、0.05-0.15、或0.06-0.1GPa的硬度;和/或,具有0.01-100MPa的彈性模量,例如0.01-0.05、0.05-0.1、0.1-0.5、0.5-0.8、0.8-1、
\t1-1.2、1.2-1.4、1.4-1.6、1.6-1.8、1.8-2、2-2.4、2.4-2.8、2.8-3.2、3.2-4、4-10、10-20、20-30、30-40、40-50、50-80、80-100、0.5-4、0.5-1、1-1.5、1.5-2、2-3、0.8-1.6、1.4-2.4、0.8-3.2、0.01-100、1-100、10-100、或0.5-50MPa的彈性模量。2.權利要求1的生物磚,其中,所述核層能夠為細胞的生命活動提供微環境;優選地,所述核層各自獨立地由生物可降解材料制成,并且所述生物可降解材料是生物相容性的;優選地,用于制備核層的生物可降解材料是天然存在的(例如來源于動植物的天然存在的生物可降解材料),人工合成的,重組產生的,經過改性的,或者其任何組合;優選地,用于制備核層的所述生物可降解材料包含天然存在的可降解聚合物,例如膠原蛋白,纖維蛋白,殼聚糖,海藻酸鹽,淀粉,透明質酸,層粘連蛋白,瓊脂糖,明膠,葡聚糖,以及其任意組合;經過改性的可降解聚合物,例如經過改性的海藻酸鹽,例如氧化海藻酸鹽(例如氧化海藻酸鈉);和/或,合成的可降解聚合物,例如聚磷腈,聚丙烯酸及其衍生物(例如聚甲基丙烯酸,丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物),聚乳酸(PLA),聚羥基乙酸(PGA),聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA),聚原酸酯(POE),聚己內酯(PCL),聚羥基丁酸酯(PHB),聚氨基酸(例如聚賴氨酸),可降解性聚氨酯,以及其任何組合;優選地,用于制備核層的所述生物可降解材料能夠被酶(例如細胞分泌的酶)所降解;優選地,所述核層的降解能夠提供維持或促進所述細胞的生命活動的營養物質;優選地,所述生物可降解材料選自膠原蛋白(例如I型,II型,III型膠原蛋白)、纖維蛋白、殼聚糖、海藻酸鹽(例如海藻酸鈉)、氧化海藻酸鹽(例如氧化海藻酸鈉)、淀粉、透明質酸、層粘連蛋白、彈性蛋白、明膠、葡聚糖、聚氨基酸(例如聚賴氨酸)、瓊脂糖、可降解性聚氨酯或其任何組合;優選地,所述核層包含I型膠原蛋白和/或海藻酸鹽,例如包含I型膠原蛋白和海藻酸鈉;或者,包含層粘連蛋白;或者,包含淀粉;或者,包含可降解性聚氨酯;或者,包含海藻酸鹽(例如海藻酸鈉)和氧化海藻酸鹽(例如氧化海藻酸鈉);優選地,所述核層為凝膠狀。3.權利要求1或2的生物磚,其中,所述生物磚具有選自下列的一個或多個技術特征:(1)所述生物磚中的所有殼層都包含氧化的海藻酸鹽,或者,位于最外側的殼層包含氧化的海藻酸鹽;(2)所述氧化的海藻酸鹽包含氧化的海藻酸鈉和/或氧化的海藻酸鈣;(3)所述氧化的海藻酸鹽的分子量為4kDa-1500kDa,例如4-10kDa、10-20kDa、20-30kDa、30-40kDa、40-50kDa、50-60kDa、60-70kDa、70-80kDa、80-90kDa、90-100kDa、100-200kDa、200-300kDa、300-400kDa、400-500kDa、500-600kDa、700-800kDa、800-900kDa、900-1000kDa、1100-1200kDa、1200-1300kDa、1300-1400kDa、或1400-1500kDa;(4)所述氧化的海藻酸鹽的G/M值為0.2-5,例如0.2-0.3、0.3-0.4、0.4-0.5、0.5-0.6、0.6-0.7、0.7-0.8、0.8-0.9、0.9-1.0、1.0-1.5、1.5-2.0、2.0-2.5、2.5-3.0、3.0-3.5、3.5-4.0、4.0-4.5、或4.5-5.0;(5)所述氧化的海藻酸鹽的氧化度為1-40%,例如1-2%、2-3%、3-4%、4-5%、5-6%、6-7%、7-8%、8-9%、9-10%、11-12%、12-13%、13-14%、14-15%、15-16%、16-17%、17-18%、18-19%、19-20%、20-25%、25-30%、30-35%、或35-40%;(6)所述氧化的海藻酸鹽的粘度為100-3000mPa·s,例如100-200、200-300、300-400、400-500、500-600、600-700、700-800、800-900、900-1000、1000-1100、1100-1200、1200-1300、1300-1400、1400-1500、
\t1500-1600、1600-1700、1700-1800、1800-1900、1900-2000、2000-2100、2100-2200、2200-2300、2300-2400、2400-2500、2500-2600、2600-2700、2700-2800、2800-2900、或2900-3000mPa·s;(7)所述至少一個殼層包含1-25%(wt)的氧化的海藻酸鹽,例如,包含1-2%、2-3%、3-4%、4-5%、5-6%、6-7%、7-8%、8-9%、9-10%、10-15%、15-20%、20-25%(wt)的氧化的海藻酸鹽;(8)所述至少一個殼層包含氧化的海藻酸鹽(例如,上文所定義的氧化的海藻酸鹽),以及海藻酸鹽(例如海藻酸鈉和/或海藻酸鈣);其中,優選地,海藻酸鹽與氧化的海藻酸鹽的質量比為1:9至9:1,例如1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1;(9)所述至少一個殼層在不超過28天的時間內完全降解,例如,在不超過21天、不超過14天、不超過12天、不超過10天、不超過9天、不超過8天、不超過7天、不超過6天、不超過5天、不超過4天、不超過3天、或不超過2天的時間內完全降解;(10)所述至少一個殼層能夠為細胞的生命活動提供微環境。4.權利要求1-3任一項的生物磚,其中,除了所述的包含氧化的海藻酸鹽的至少一個殼層以外,所述生物磚還包含一個或多個額外的殼層;優選地,所述額外的殼層能夠為細胞的生命活動提供微環境;優選地,所述額外的殼層各自獨立地由生物可降解材料制成,并且所述生物可降解材料是生物相容性的;優選地,用于制備所述額外的殼層的生物可降解材料是天然存在的(例如來源于動植物的天然存在的生物可降解材料),人工合成的,重組產生的,經過改性的,或者其任何組合;優選地,用于制備所述額外的殼層的所述生物可降解材料包含天然存在的可降解聚合物,例如膠原蛋白,纖維蛋白,殼聚糖,海藻酸鹽,淀粉,透明質酸,層粘連蛋白,瓊脂糖,明膠,葡聚糖,以及其任意組合;經過改性的可降解聚合物,例如經過改性的海藻酸鹽,例如氧化海藻酸鹽(例如氧化海藻酸鈉);和/或,合成的可降解聚合物,
\t例如聚磷腈,聚丙烯酸及其衍生物(例如聚甲基丙烯酸,丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物),聚乳酸(PLA),聚羥基乙酸(PGA),聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA),聚原酸酯(POE),聚己內酯(PCL),聚羥基丁酸酯(PHB),聚氨基酸(例如聚賴氨酸),可降解性聚氨酯,以及其任何組合;優選地,用于制備所述額外的殼層的所述生物可降解材料能夠被酶(例如細胞分泌的酶)所降解;優選地,所述額外的殼層的降解能夠提供維持或促進所述細胞的生命活動的營養物質;優選地,所述生物可降解材料選自膠原蛋白(例如I型,II型,III型膠原蛋白)、纖維蛋白、殼聚糖、海藻酸鹽(例如海藻酸鈉或海藻酸鈣)、氧化海藻酸鹽(例如氧化海藻酸鈉)、淀粉、透明質酸、層粘連蛋白、彈性蛋白、明膠、葡聚糖、聚氨基酸(例如聚賴氨酸)、瓊脂糖,或其任何組合;優選地,所述額外的殼層包含海藻酸鹽(例如海藻酸鈉或海藻酸鈣),例如包含海藻酸鈣和明膠,任選地還包含彈性蛋白;或者,包含氧化海藻酸鹽(例如氧化海藻酸鈉);或者,包含海藻酸鹽(例如海藻酸鈉或海藻酸鈣)和氧化海藻酸鹽(例如氧化海藻酸鈉);或者,包含海藻酸鹽(例如海藻酸鈉或海藻酸鈣)和瓊脂糖。5.權利要求1-4任一項的生物磚,其中,所述生物磚的殼層(例如,所述包含氧化的海藻酸鹽的至少一個殼層,和/或所述額外的殼層)具有選自下列的一個或多個技術特征:(1)所述殼層為包裹的細胞提供了力學保護;優選地,所述殼層各自獨立地具有0.01-0.4GPa的硬度,例如0.01-0.02、0.02-0.03、0.03-0.04、0.04-0.05、0.05-0.06、0.06-0.07、0.07-0.08、0.08-0.09、0.09-0.1、0.1-0.15、0.15-0.2、0.2-0.3、0.3-0.4、0.01-0.4、0.01-0.05、0.05-0.1、0.1-0.2、0.2-0.4、0.05-0.15、或0.06-0.1GPa的硬度;和/或,具有0.01-100MPa的彈性模量,例如0.01-0.05、0.05-0.1、0.1-0.5、0.5-0.8、0.8-1、1-1.2、1.2-1.4、1.4-1.6、1.6-1.8、1.8-2、2-2.4、2.4-2.8、2.8-3.2、3.2-4、4-10、10-20、20-30、30-40、
\t40-50、50-80、80-100、0.5-4、0.5-1、1-1.5、1.5-2、2-3、0.8-1.6、1.4-2.4、0.8-3.2、0.01-100、1-100、10-100、或0.5-50MPa的彈性模量;(2)所述殼層各自獨立地為通透性的;例如,所述殼層對于水,氧氣,和營養物質(糖類例如葡萄糖,脂肪,蛋白質,氨基酸,短肽,礦物質,維生素,細胞因子,核苷酸)是通透性的;(3)所述殼層各自獨立地具有用于生物磚內外物質交換的通道或孔;優選地,通道的直徑為至少10、20、50、100、150、200、250、300、350、400、或500nm;優選地,所述孔的直徑為至少100、200、400、600、800、1000、1500、2000、4000、或5000nm;(4)所述殼層的厚度各自獨立地為0.1-50μm,例如0.1-0.5、0.5-1、1-2、2-5、5-10、10-15、15-20、20-25、25-30、30-50、50-100、100-200、200-300、300-400、400-500、0.1-1、1-5、1-10、5-10、10-20、10-30、5-20、或1-20μm;(5)所述殼層各自任選地經過處理(例如使用殼層固定液進行處理,例如,以改善殼層的力學性能);更優選地,位于生物磚最外側的殼層經過處理(例如使用殼層固定液進行處理,例如,以改善殼層的力學性能)。6.權利要求1-5任一項的生物磚,其中,所述核層和/或殼層各自獨立地還包含額外的試劑,例如,營養物質、細胞外基質、細胞因子和/或藥物活性成分;優選地,所述額外的試劑能夠調控(例如促進)細胞的增殖、分化、遷移、分泌和/或新陳代謝;優選地,所述營養物質包括但不限于,核苷酸,氨基酸,多肽,碳水化合物(例如單糖,寡糖,多糖),脂質,維生素;優選地,細胞外基質選自多糖,例如糖胺聚糖、蛋白聚糖;結構蛋白,例如膠原和彈性蛋白;粘著蛋白,例如纖粘連蛋白和層粘連蛋
\t白;優選地,所述細胞因子可以是用于調控細胞的增殖、分化、遷移、分泌和/或新陳代謝的細胞因子,包括但不限于:-與細胞生長相關的細胞因子,例如胰島素、類胰島素生長因子(如IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ)、轉化生長因子(如TGFα和TGFβ)、血管內皮生長因子、表皮生長因子、成纖細胞生長因子、血小板來源生長因子、骨肉瘤來源生長因子、生長激素釋放抑制因子、神經生長因子、白細胞介素(如IL-1、IL-1、IL-3)、紅細胞生長素、集落刺激因子、皮質醇、甲狀腺素,或其任何組合;-與細胞分化相關的細胞因子,例如Oct3/4,Sox2,Klf4,c-Myc,GATA4,TSP1,β-甘油磷酸鈉,地塞米松,維生素C,胰島素,IBMX,吲哚美鋅,血小板衍生生長因子BB(PDGF-BB),5-氮雜胞苷,或其任何組合;-與細胞遷移相關的細胞因子,例如環磷酸腺苷,三磷酸磷脂酰肌醇,基質細胞衍生因子-1,N-鈣粘蛋白,核因子κB,骨連接素,血栓素A2,Ras,或其任何組合;和/或-與細胞新陳代謝相關的細胞因子,例如胰島素生長因子1、TRIP-Br2、DKK-1、sRANKL、OPG、T...
【專利技術屬性】
技術研發人員:康裕建,左瀟,
申請(專利權)人:四川藍光英諾生物科技股份有限公司,
類型:發明
國別省市:四川;51
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