以熔融紡絲纖維為骨架體內構建工程化動脈血管的方法技術

一種以熔融紡絲纖維為骨架體內構建工程化動脈血管的方法，首先制備熔融紡絲和醫用硅膠管復合芯軸，然后以動物皮下為生物反應器制備以熔融紡絲纖維為骨架的體內工程化動脈血管，具體步驟如下：1)熔融紡絲和醫用硅膠管復合芯軸的制備；2)以動物皮下為生物反應器制備以熔融紡絲纖維為骨架的體內工程化動脈血管；3)體內工程化動脈血管的原位移植以替代病損血管的方法。本發明專利技術的優點是：該體內工程化動脈血管具有良好的生物相容性，其成分均來源于自體組織，故該人工血管具有無毒、無免疫原性、不引起炎癥；由于熔融紡絲纖維的存在，制備的體內工程化血管具有良好的力學強度、韌性和順應性，適合手術縫合操作。

Method for constructing engineered arterial blood vessel by using melt spinning fiber as framework

A method for in vivo tissue-engineered vascular skeleton by melt spinning fiber was first prepared, melt spinning and medical silicone tube composite core shaft, and then to animal subcutaneous bioreactor prepared by melt spinning fiber skeleton in engineered arteries, the specific steps are as follows: 1) melt spinning and medical silicone tube composite mandrel preparation; 2) by subcutaneous animal bioreactor prepared by melt spinning fiber skeleton in engineered arteries; 3) orthotopic transplantation in vivo engineering method of arteries to replace the vascular lesion. The invention has the advantages that the in vivo engineered arteries has good biocompatibility, its components are derived from autologous tissue, so the artificial blood vessel has no toxicity, no immunogenicity, no inflammation; because the melt spinning fiber, body engineering for making blood pipe with mechanical strength, and toughness good adaptability, suitable for surgical operation.

【技術實現步驟摘要】
以熔融紡絲纖維為骨架體內構建工程化動脈血管的方法
本專利技術涉及一種人工血管的制備方法，具體說是一種以熔融紡絲纖維為骨架體內構建工程化動脈血管的方法。
技術介紹
心血管疾病和外周血管疾病是全球發病率和致死率最高的疾病之一。據推測，至2030年，與心血管疾病相關的死亡將高達2,330萬。當血管狹窄程度較低時，治療手段包括血管成形術和支架植入術。但是對于狹窄程度較高甚至堵塞的血管，血管搭橋手術是必需的，單美國每年就已經達到大約400,000例。作為血管移植的黃金標準的自體血管，如隱靜脈和乳內動脈，常用于動脈搭橋手術。但是使用自體血管需要二次手術，不僅造成機體損傷和額外的費用，而且在有些情況下病人不能提供自體血管。而商品化的人工血管(滌綸和膨化聚四氟乙烯)在大口徑血管移植中表現出良好的通暢性，但小口徑血管(內徑＜6mm)，包括膝關節以下的血管，由于其高張力、低血流的特殊狀態，使得人工血管植入后容易形成急性血栓，進而導致血管狹窄、阻塞。因此，臨床上至今仍沒有合適的小口徑血管替代物產品。血管支架的孔隙率，孔徑，孔與孔的相互連通對于血管化和組織再生至關重要。隨著人們對人工血管制備的研究，靜電紡絲因其能夠產生類似于細胞外基質的納米/微米纖維結構而在眾多制備工藝中脫穎而出。然而由于溶液靜電紡絲噴射的無序性，導致控制纖維沉積位置變得非常困難，并且靜電紡絲纖維之間過小的孔徑限制細胞向血管支架內部的浸潤，阻礙了血管組織的再生。熔融紡絲，即用高分子聚合物的熔體直接進行紡絲，該方法不僅可以調控纖維的沉積位置，而且通過調控纖維纏繞的角度和直徑改變支架的孔徑和孔隙率，這有利于細胞向血管支架內部的浸潤，從而促進血管組織再生。以動物腹腔或皮下為生物反應器，利用醫用硅膠管激發機體自身免疫排斥反應制成的生物管血管移植物在植入大鼠腹主動脈或兔子頸動脈后具有良好的通暢率，該生物管的主要成分為環繞硅膠管排列的肌成纖維細胞和大量的膠原，研究表明在剪切力作用下，肌成纖維細胞可分化為具有收縮功能的平滑肌細胞，并分泌大量的細胞外基質，促進血管胞外基質重塑，由于肌成纖維細胞環繞醫用硅膠管排列，故日后分化而來的平滑肌細胞具有與天然動脈平滑肌相似的取向性，可以更好地擬合天然動脈。然而傳統的生物管(在動物腹腔或皮下埋植醫用硅膠管制得)管壁薄，力學性能弱，無法支撐管狀，使得該生物管的應用受到限制，所以提高傳統生物管的力學性能迫在眉睫。本專利以熔融紡絲纖維為骨架，以動物皮下為生物反應器，利用機體自身免疫排斥反應制備體內工程化動脈血管的加工技術方法，及由此人工血管在病損血管替代和修復再生中的應用。本專利將熔融紡絲與傳統的生物管相結合，利用熔融紡絲增強傳統生物管的力學性能，從而拓展傳統生物管的應用范圍，為人工血管的制備提供新的思路。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述存在問題，提供一種以熔融紡絲纖維為骨架體內構建工程化動脈血管的方法，該體內工程化動脈血管具有良好的生物相容性，其成分均來源于自體組織，故該人工血管具有無毒、無免疫原性、不引起炎癥；由于熔融紡絲纖維的存在，制備的體內工程化血管具有良好的力學強度、韌性和順應性，適合手術縫合操作。本專利技術的技術方案：一種以熔融紡絲纖維為骨架體內構建工程化動脈血管的方法，首先制備熔融紡絲和醫用硅膠管復合芯軸，然后以動物皮下為生物反應器制備以熔融紡絲纖維為骨架的體內工程化動脈血管，具體步驟如下：1)熔融紡絲和醫用硅膠管復合芯軸的制備利用熔融紡絲設備制備熔融紡絲和醫用硅膠管復合芯軸，所述熔融紡絲設備包括不銹鋼注射器、17G全不銹鋼單管針頭和套有醫用硅膠管的接收棒，不銹鋼注射器內裝有聚合物熔體，將聚己內酯(PCL)、丙交酯-己內酯共聚物(PLCL)和聚乙醇酸(PGA)的一種或兩種以上任意比例的混合物，置于由熱熔器包裹的封閉的不銹鋼注射器中，該注射器底端連有17G全不銹鋼單管針頭，針頭內徑1.01mm、外徑1.49mm，注射器與微量注射泵連接，以此為發射器，依據以上高分子聚合物的熔點，設定相應的加熱溫度，熱熔器的溫度設定值應大于高分子聚合物的熔點溫度且低于其碳化溫度，加熱時間為1h，將外徑2mm、內徑1mm的醫用硅膠管套在直徑為1mm的不銹鋼棒上，該不銹鋼棒與旋轉電機相連，以此作為接收器，發射器與接收器的距離為5-15mm，高分子聚合物熔體的流速為0.5-1mL/h，接收器的旋轉速度為300r/min，水平平移速度為5-10mm/s,紡絲時間為5-15min，制備纖維纏繞角度為30-130°、纖維直徑為40-60μm的熔融紡絲纖維與醫用硅膠管復合芯軸，然后將以上制備的高分子聚合物熔融紡絲纖維與醫用硅膠管復合芯軸在其熔點溫度下進行瞬時加熱；2)以動物皮下為生物反應器制備以熔融紡絲纖維為骨架的體內工程化動脈血管將大鼠麻醉后，背部備皮，沿脊柱垂直方向剪開一個寬為1cm的開口，用平頭剪刀將大鼠皮與下層結締組織分離，將制備好的熔融紡絲與醫用硅膠管復合芯軸裁成2-5cm長，經酒精浸泡滅菌后，通過上述大鼠背部開口埋入大鼠皮下，用3-0的縫合線縫合背部開口，碘伏消毒，術后1月后，將其取出，小心剔除多余組織即可得到以紡絲纖維為骨架的工程化動脈血管，從該管的橫截面可以看出，中間的熔融紡絲纖維將機體自身的組織包裹分成內外兩層，見附圖2，將管縱切露出管腔，可以清楚地看到熔融紡絲纖維，且纖維排布整齊，見附圖3，通過拉力機對制得的體內工程化動脈血管的力學性能進行評價，通過馬森(Masson)三色染色、天狼星紅、彈性纖維染液(VVG)或免疫熒光染色對制得的體內工程化動脈血管的組織成分進行定性分析，通過脯氨酸定量試劑盒對制得的體內工程化動脈血管的組織成分進行定性分析。3)體內工程化動脈血管的原位移植以替代病損血管的方法用步驟1制備的體內工程化動脈血管，利用端端吻合術替換部分病損血管，包括頸動脈、腹主動脈、冠狀動脈、下肢動脈，具體方法為：將大鼠麻醉后，腹部備皮，沿腹部中線剪開皮膚和肌肉層，將腹主動脈剝離，結扎其分支，用動脈夾夾住腹主動脈的兩端，然后從中間剪開，用9-0或10-0帶針縫合線原位縫合步驟1制備的自體體內工程化動脈血管，每端8針；待兩端縫好后，緩慢摘除動脈夾，恢復血流，用硫酸慶大霉素沖洗腹腔，將胃腸等器官復位，用3-0縫合線縫合肌肉層和皮膚，碘伏消毒；術后4和12周觀察；處死前利用多普勒超聲檢測植入血管的通暢情況，取材后通過體式顯微鏡對移植血管內外進行整體觀測，利用掃描電子顯微鏡檢測移植血管的內表面情況，通過免疫熒光染色評價血管的內皮覆蓋及平滑肌再生和重建情況，借助Masson三色染色、天狼星紅、VVG或免疫熒光染色評價血管胞外基質重構情況，該體內工程化的動脈血管可實現實現體內動脈平滑肌細胞取向再生，而且具有足夠的力學強度，并且保持通暢，降低再狹窄率，避免動脈瘤形成。本專利技術與現有小口徑血管相比，突出的優點是：1、該體內工程化動脈血管具有良好的生物相容性，其成分均來源于自體組織，故該人工血管具有無毒、無免疫原性、不引起炎癥等特點；2、通過改變復合芯軸的長度，直徑和形狀，可以得到不同長度，口徑和形狀的體內工程化血管；3、由于熔融紡絲纖維的存在，制備的體內工程化血管具有良好的力學強度、韌性和順應性，適合手術縫合操作；4、該體內工程化動脈血管利用機體自身免疫排斥本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種以熔融紡絲纖維為骨架體內構建工程化動脈血管的方法，首先制備熔融紡絲和醫用硅膠管復合芯軸，然后以動物皮下為生物反應器制備以熔融紡絲纖維為骨架的體內工程化動脈血管，具體步驟如下：1)熔融紡絲和醫用硅膠管復合芯軸的制備利用熔融紡絲設備制備熔融紡絲和醫用硅膠管復合芯軸，所述熔融紡絲設備包括不銹鋼注射器、17G全不銹鋼單管針頭和套有醫用硅膠管的接收棒，不銹鋼注射器內裝有聚合物熔體，將聚己內酯(PCL)、丙交酯?己內酯共聚物(PLCL)和聚乙醇酸(PGA)的一種或兩種以上任意比例的混合物，置于由熱熔器包裹的封閉的不銹鋼注射器中，該注射器底端連有17G全不銹鋼單管針頭，針頭內徑1.01mm、外徑1.49mm，注射器與微量注射泵連接，以此為發射器，依據以上高分子聚合物的熔點，設定相應的加熱溫度，熱熔器的溫度設定值應大于高分子聚合物的熔點溫度且低于其碳化溫度，加熱時間為1h，將外徑2mm、內徑1mm的醫用硅膠管套在直徑為1mm的不銹鋼棒上，該不銹鋼棒與旋轉電機相連，以此作為接收器，發射器與接收器的距離為5?15mm，高分子聚合物熔體的流速為0.5?1mL/h，接收器的旋轉速度為300r/min，水平平移速度為5?10mm/s,紡絲時間為5?15min，制備纖維纏繞角度為30?130°、纖維直徑為40?60μm的熔融紡絲纖維與醫用硅膠管復合芯軸，然后將以上制備的高分子聚合物熔融紡絲纖維與醫用硅膠管復合芯軸在其熔點溫度下進行瞬時加熱；2)以動物皮下為生物反應器制備以熔融紡絲纖維為骨架的體內工程化動脈血管將大鼠麻醉后，背部備皮，沿脊柱垂直方向剪開一個寬為1cm的開口，用平頭剪刀將大鼠皮與下層結締組織分離，將制備好的熔融紡絲與醫用硅膠管復合芯軸裁成2?5cm長，經酒精浸泡滅菌后，通過上述大鼠背部開口埋入大鼠皮下，用3?0的縫合線縫合背部開口，碘伏消毒，術后1月后，將其取出，小心剔除多余組織即可得到以紡絲纖維為骨架的工程化動脈血管，從該管的橫截面可以看出，中間的熔融紡絲纖維將機體自身的組織包裹分成內外兩層，見附圖2，將管縱切露出管腔，可以清楚地看到熔融紡絲纖維，且纖維排布整齊，見附圖3，通過拉力機對制得的體內工程化動脈血管的力學性能進行評價，通過馬森(Masson)三色染色、天狼星紅、彈性纖維染液(VVG)或免疫熒光染色對制得的體內工程化動脈血管的組織成分進行定性分析，通過脯氨酸定量試劑盒對制得的體內工程化動脈血管的組織成分進行定性分析。3)體內工程化動脈血管的原位移植以替代病損血管的方法用步驟1制備的體內工程化動脈血管，利用端端吻合術替換部分病損血管，包括頸動脈、腹主動脈、冠狀動脈、下肢動脈，具體方法為：將大鼠麻醉后，腹部備皮，沿腹部中線剪開皮膚和肌肉層，將腹主動脈剝離，結扎其分支，用動脈夾夾住腹主動脈的兩端，然后從中間剪開，用9?0或10?0帶針縫合線原位縫合步驟1制備的自體體內工程化動脈血管，每端8針；待兩端縫好后，緩慢摘除動脈夾，恢復血流，用硫酸慶大霉素沖洗腹腔，將胃腸等器官復位，用3?0縫合線縫合肌肉層和皮膚，碘伏消毒；術后4和12周觀察；處死前利用多普勒超聲檢測植入血管的通暢情況，取材后通過體式顯微鏡對移植血管內外進行整體觀測，利用掃描電子顯微鏡檢測移植血管的內表面情況，通過免疫熒光染色評價血管的內皮覆蓋及平滑肌再生和重建情況，借助Masson三色染色、天狼星紅、VVG或免疫熒光染色評價血管胞外基質重構情況，該體內工程化的動脈血管可實現實現體內動脈平滑肌細胞取向再生，而且具有足夠的力學強度，并且保持通暢，降低再狹窄率，避免動脈瘤形成。...

【技術特征摘要】
1.一種以熔融紡絲纖維為骨架體內構建工程化動脈血管的方法，首先制備熔融紡絲和醫用硅膠管復合芯軸，然后以動物皮下為生物反應器制備以熔融紡絲纖維為骨架的體內工程化動脈血管，具體步驟如下：1)熔融紡絲和醫用硅膠管復合芯軸的制備利用熔融紡絲設備制備熔融紡絲和醫用硅膠管復合芯軸，所述熔融紡絲設備包括不銹鋼注射器、17G全不銹鋼單管針頭和套有醫用硅膠管的接收棒，不銹鋼注射器內裝有聚合物熔體，將聚己內酯(PCL)、丙交酯-己內酯共聚物(PLCL)和聚乙醇酸(PGA)的一種或兩種以上任意比例的混合物，置于由熱熔器包裹的封閉的不銹鋼注射器中，該注射器底端連有17G全不銹鋼單管針頭，針頭內徑1.01mm、外徑1.49mm，注射器與微量注射泵連接，以此為發射器，依據以上高分子聚合物的熔點，設定相應的加熱溫度，熱熔器的溫度設定值應大于高分子聚合物的熔點溫度且低于其碳化溫度，加熱時間為1h，將外徑2mm、內徑1mm的醫用硅膠管套在直徑為1mm的不銹鋼棒上，該不銹鋼棒與旋轉電機相連，以此作為接收器，發射器與接收器的距離為5-15mm，高分子聚合物熔體的流速為0.5-1mL/h，接收器的旋轉速度為300r/min，水平平移速度為5-10mm/s,紡絲時間為5-15min，制備纖維纏繞角度為30-130°、纖維直徑為40-60μm的熔融紡絲纖維與醫用硅膠管復合芯軸，然后將以上制備的高分子聚合物熔融紡絲纖維與醫用硅膠管復合芯軸在其熔點溫度下進行瞬時加熱；2)以動物皮下為生物反應器制備以熔融紡絲纖維為骨架的體內工程化動脈血管將大鼠麻醉后，背部備皮，沿脊柱垂直方向剪開一個寬為1cm的開口，用平頭剪刀將大鼠皮與下層結締組織分離，將制備好的熔融紡絲與醫用硅膠管復合芯軸裁成2-5cm長，經酒精浸泡滅菌后，通過...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王愷，張秋影，孔德領，朱美峰，韓晶，黃瑞，
申請(專利權)人：南開大學，
類型：發明
國別省市：天津,12