双针头细胞组装技术在血管构建中的应用

血管疾病是世界上发病率最高的疾病之一,目前主要的治疗手段是血管移植术，但移植物的来源受到很大的限制。本项目组在前期工作的基础上采用自制的双针头细胞组装机对血管壁的两种细胞（如成纤维细胞和平滑肌细胞）进行组装、培养。在所制备的血管内壁复合脂肪干细胞或内皮细胞以增加结构体的抗凝血性能。通过脉动培养增加结构体的机械性能。通过动物体内实验，对其抗凝血性能、力学性能、生物相容性等进行表征和评价，确定最佳的细胞外基质材料和工艺，为复杂器官如乳房、心脏、肝脏的制造奠定基础。

本项目已按年度按计划顺利完成。一方面确定了用于脂肪干细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞受控组装的基质材料和生长因子种类。对血管壁结构进行了计算机建模，确定了直径在100-500 μm血管的中膜、外膜细胞层厚度、营养物通透性等重要参数。完成了大鼠脂肪干细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞的培养、扩增技术。实现了脂肪干细胞在三维结构中向内皮细胞和平滑肌细胞的定向诱导、分化。实现了两种细胞/材料的定时、定量组装，细胞/材料单元的准确定位和层与层之间的紧密连接。通过物理和化学交联法使三维结构长期稳定。利用脉动生物反应器使所组装的两种细胞/基质材料血管化并具备一定的机械强度。在细胞组装的基质中复合了一种或两种细胞冻存液，细胞直接受控组装后可以在-80℃以下低温环境中长期保存, 便于产品储存、运输、节约成本。.另一方面，针对组装起来的两种细胞/基质材料的力学强度很差，虽经过脉动培养仍难满足做为血管修复材料所需的抗缝合强度的要求这一科学问题，对课题内容进行了相应的调整。如，把两种细胞/基质材料更换成一种合成高分子材料和一种细胞/基质材料，通过两种途径实现了不同材料杂合体的三维受控组装。用组合模具法制备出了管状的合成高分子PLGA与含细胞水凝胶的复合夹层结构，经历了脉动培养和动物体内植入过程，三维结构可以在体内外长期稳定并保持一定的细胞生物学活性。用双喷头低温成形设备制备了管状合成高分子聚氨酯夹层明胶/海藻酸钠/纤维蛋白原/脂肪干细胞（或肝细胞）和具分支/网格结构的聚氨酯包裹的明胶/海藻酸钠/纤维蛋白原/脂肪干细胞复合结构。对管状聚氨酯夹层明胶/海藻酸钠/纤维蛋白原/脂肪干细胞（或肝细胞）结构进行了裸鼠动物体内植入实验。三维结构在一年内相对稳定，细胞可以在体内长期存活并形成组织。肝细胞具有分泌、合成、解毒等功能。.本项目共培养了三名博士生、三名硕士生，申请国家发明专利7项、1项国际发明专利，发表SCI 收录的研究论文12篇、一本英文专著中的两章内容。课题负责人以会议执行副主席的身份从头至尾主持了一次“中芬生物制造与评价技术研讨会”，参加一次 “附加制造”国际会议、一次“心血管组织工程研讨会”国内会议并做了特邀报告。