一種乳房植入體三維結(jié)構(gòu)及其快速成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物體復(fù)雜器官的人工制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用細(xì)胞、合成高分子材料、細(xì)胞基質(zhì)材料和3D打印技術(shù)和工藝方法，不同于以往組織工程工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]女性乳房具有泌乳哺育和美學(xué)雙重功能，由于先天性發(fā)育不良、腫瘤切除、外傷等原因引起的女性小乳癥、乳房缺失等均會(huì)給患者身心造成嚴(yán)重影響。據(jù)美國矯形外科醫(yī)師協(xié)會(huì)報(bào)道，2004年全世界有超過500萬人實(shí)行了乳房重建手術(shù)，其中有400萬是由于腫瘤切除[2004American Society of Plastic Surgeons Statistics.Available from:www.plasticsurgery.0rg]。乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，發(fā)病率為10-15%，并逐年上升和年輕化[Chow LWC,Loo WTY.The differential effects of cyclophosphamide,epirubicinand 5-fluorouraci1 on apoptotic marker(CPP-32),pro-apoptoticprotein(p21waf-l)and ant1-apoptotic protein(be 1-2) in breast cancercells.Breast Cancer Res Treat 2003; 80(3): 239-244]。據(jù)一份資料顯不全世界每年新增病例100多萬，有40多萬人死于該疾病。但現(xiàn)有的乳房填充材料均存在生物相容性差、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差等這樣那樣的缺點(diǎn)[Handel N, Silverstein MJ,Gamagami P, et al.An invivo study of the effect of var1us breast implant filler materials onmammography.Plast Reconstr Surg 1993;91(6):1057]。
[0003]目前乳房填充材料主要包括醫(yī)用材料、自體移植物及組織工程產(chǎn)品三大類。醫(yī)用材料又包括硅膠、聚丙烯酰胺凝膠、三酰甘油(甘油三酯)、透明質(zhì)酸等植入型假體和液體石蠟、凡士林等注射用混合物。這些材料易出現(xiàn)假體破裂或滲漏、炎癥反應(yīng)、肉芽腫、包膜攣縮、假體移位、感染、蒙道爾病等并發(fā)癥[方彰林，孫瑛，奚廷斐，汪立川，高紅云.六種隆乳材料生物相容性和安全性的比較。中華醫(yī)學(xué)美學(xué)美容雜志2002;8(2):69-73]，對(duì)女性健康甚至母乳喂養(yǎng)兒女有直接影響，其安全性受到很大的質(zhì)疑。以硅膠假體為例，1992年美國食品與藥物管理局(FDA)曾禁止了所有娃膠假體的使用[Niechajev I, Sevcuk 0.Long-termresults of fat transplantat1n:clinical and histologic studies.Plast ReconstrSurgl994；94:496-506]o
[0004]自體移植的脂肪顆粒不能很好地建立起血液供應(yīng)系統(tǒng)，當(dāng)大量脂肪堆集在一起，會(huì)因供血不足導(dǎo)致脂肪細(xì)胞壞死、溶解、吸收，極易引發(fā)感染、血腫、變形、疼痛、硬結(jié)、囊腫、壞死等后遺癥[Vall6e M,Cote J-F,Frandette J.Adipose-tissue engineering:takingadvantage of the properties of human adipose-derived stem/stromalcells.Pathol B1l2009；57:309-317]。目前普遍認(rèn)為有40%?60%的脂肪顆粒被吸收、纖維化或鈣化，效果不持久，常需要多次注射維持形狀。組織工程產(chǎn)品所面臨的問題是細(xì)胞/支架材料三維結(jié)構(gòu)的迅速血管化及長期穩(wěn)定性。隨著快速成形技術(shù)在組織工程方面的應(yīng)用，以活細(xì)胞為材料的生物制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并顯示出其蓬勃的發(fā)展勢頭[Wang X.H，YanYN,Zhang RJ.Rapid prototyping as a tool for manufacturing b1artificiallivers.Trends in B1 techno logy 2007 ； 25( 11): 505-513]。本發(fā)明在前人工作的基礎(chǔ)上，通過不斷地實(shí)踐，摸索出一套新的人工乳房植入體的制造方法，使復(fù)雜器管，如心臟、肝臟、腎臟、乳房的制造大大向前邁進(jìn)了一步。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種乳房植入體三維結(jié)構(gòu)及其快速成形方法，使其具備神經(jīng)纖維束、血管、和乳腺系統(tǒng)，以更好地模擬人體乳房中的組織器官。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種乳房植入體三維結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述乳房植入體三維結(jié)構(gòu)包括神經(jīng)纖維束、血管和乳腺系統(tǒng)；
[0008]所述神經(jīng)纖維束、血管和乳腺系統(tǒng)設(shè)置在人體前胸乳房部位人體皮膚內(nèi)；所述神經(jīng)纖維束由合成高分子溶液包裹神經(jīng)纖維束組成;所述血管由內(nèi)皮層和外皮層組成，內(nèi)皮層和外皮層均由高分子溶液打印培養(yǎng)而成;所述內(nèi)皮層采用天然高分子溶液，天然高分子溶液中含有人體內(nèi)皮細(xì)胞，或含有內(nèi)皮細(xì)胞生長因子和干細(xì)胞的混合物;外皮層采用合成高分子溶液;神經(jīng)纖維束與血管直接與人體中的血管和神經(jīng)纖維束相連接；
[0009]所述乳腺系統(tǒng)包括脂肪組織、乳頭和乳腺管，由合成高分子或天然高分子溶液、月旨肪細(xì)胞生長因子與人體干細(xì)胞共混打印后轉(zhuǎn)化而成，能與人體組織直接縫合。
[0010]本發(fā)明所述的乳房植入體外形輪廓呈人體乳房形狀或乳房中腫瘤切除塊狀。
[0011]上述技術(shù)方案中，所述的合成高分子溶液為質(zhì)量體積百分比為0.1-30%的聚酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己內(nèi)酯、聚碳酸酯、聚乙二醇、聚四氟乙烯、聚酯和乳酸-羥基乙酸共聚物中的至少一種。所述的天然高分子溶液采用質(zhì)量百分濃度為0.1?20%的海藻酸鈉、活性肽、膠原、肝素、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸、粘多糖、糖蛋白、基質(zhì)膠、右旋糖、殼聚糖、明膠和纖維蛋白原溶液中的至少一種。所述干細(xì)胞為脂肪干細(xì)胞、骨髓干細(xì)胞、血液干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞中的至少一種;所述神經(jīng)纖維束含有神經(jīng)細(xì)胞，或含有干細(xì)胞與神經(jīng)細(xì)胞生長因子的混合物。
[0012]本發(fā)明提供的一種乳房植入體三維結(jié)構(gòu)快速成形方法，其特征在于:該方法包括如下步驟:
[0013]1)材料制備
[0014]分別制備質(zhì)量體積百分濃度為0.1?20%天然高分子溶液、質(zhì)量體積百分濃度為1?10 %交聯(lián)劑、質(zhì)量體積百分濃度為0.1?10 %合成高分子溶液、質(zhì)量體積百分濃度為
0.001?0.1 %生長因子溶液;從病人身上分離出干細(xì)胞或內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、干細(xì)胞;將病人身上分離出的干細(xì)胞一部分誘導(dǎo)成內(nèi)皮細(xì)胞或神經(jīng)細(xì)胞;將剩余的部分干細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞分別與天然高分子溶液按1?9:9?1體積比混合制成細(xì)胞懸液，其中內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞懸液中內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞密度為1 X ?ο5?1 X 104個(gè)/mL，干細(xì)胞懸液細(xì)胞密度為1 X 103?1 X 106個(gè)/mL，并加入體積百分比1?10 %的生長因子溶液；
[0015]2)建模
[0016]采用計(jì)算機(jī)三維建模方法用三維繪圖軟件設(shè)計(jì)乳房植入體內(nèi)部與外形結(jié)構(gòu)，包括由不同材料組成的不同走向的神經(jīng)纖維束、血管、乳腺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及整體外部輪廓結(jié)構(gòu)，形成乳房植入體的三維結(jié)構(gòu)模型；
[0017]3)成形
[0018]將合成高分子溶液、細(xì)胞培養(yǎng)液、交聯(lián)劑、干細(xì)胞懸液、內(nèi)皮細(xì)胞懸液與神經(jīng)細(xì)胞懸液分別裝入復(fù)合多噴頭3D打印設(shè)備的料桶中，將待成形乳房植入體模型導(dǎo)入控制系統(tǒng)后，啟動(dòng)成形設(shè)備，根據(jù)步驟2)三維結(jié)構(gòu)模型將不同材料按預(yù)先設(shè)定的區(qū)域從不同方向?qū)訉佣逊e成形;在神經(jīng)纖維束、血管、乳腺系統(tǒng)成形過程中，當(dāng)細(xì)胞懸溶液成形后，天然高分子交聯(lián)劑噴灑，使三維結(jié)構(gòu)加固穩(wěn)定，在合成高分子溶液成形過程中，通過細(xì)胞培養(yǎng)液噴灑，去除有機(jī)溶劑；
[0019]4)體外培養(yǎng)
[0020]將制備好的人工乳房植入體浸泡在培養(yǎng)液中，放入常溫培養(yǎng)箱中靜態(tài)或脈動(dòng)培養(yǎng)，并定期更換培養(yǎng)液，獲得所述的乳房植入體。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下有益效果:①本發(fā)明的乳房植入體三維結(jié)構(gòu)，具有神經(jīng)纖維束、血管和乳腺系統(tǒng)，比以往任何人工器官都復(fù)雜，更接近人體乳房的真實(shí)形貌，能完成乳房植入體的各種生理功能。②本發(fā)明采用的復(fù)合多噴頭3D打印技術(shù)保證了非均質(zhì)異向材料從不同角度、不同方向快速成形，擴(kuò)大了細(xì)胞、天然高分子溶液、合成高分子溶液的應(yīng)用范圍；③在天然高分子溶液上噴灑交聯(lián)劑能有效穩(wěn)定三維結(jié)構(gòu)，在合成高分子溶液上噴灑細(xì)胞培養(yǎng)液能減小有機(jī)溶劑對(duì)細(xì)胞的損傷;④將合成高分子溶液復(fù)合到含細(xì)胞的天然高分子溶液外圍，增強(qiáng)了血管、神經(jīng)和乳腺系統(tǒng)的抗縫合強(qiáng)度，使其可直接與體內(nèi)相應(yīng)系統(tǒng)相連接，增強(qiáng)植入細(xì)胞的存活力；
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明提供的具有神經(jīng)纖維束、血管和乳腺系統(tǒng)的乳房植入體三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖1中:101-皮膚；102-脂肪組織；103-神經(jīng)纖維束；104-血管；105-乳頭；106-乳腺管。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0025]圖1為本發(fā)明提供的乳房植入體三維結(jié)構(gòu)示意圖，所述乳房植入體包括神經(jīng)纖維束103、血管104和乳腺系統(tǒng);所述神經(jīng)纖維束、血管和乳腺系統(tǒng)設(shè)置在人體前胸乳房部位的皮膚101內(nèi)；所述神經(jīng)纖維束由合成高分子溶液包裹神經(jīng)纖維束組成;所述血管由內(nèi)皮層和外皮層組成，內(nèi)皮層和外皮層均由高分子溶液打印培養(yǎng)而成;所述內(nèi)皮層采用天然高分子溶液，天然高分子溶液中含有人體內(nèi)皮細(xì)胞，或含干細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞生長因子的混合物;夕卜皮層采用合成高分子溶液;神經(jīng)纖維束與血管直接與人體中血管和神經(jīng)纖維束相連接。
[0026]所述乳腺系統(tǒng)包括脂肪組織102、乳頭105和乳腺管106，由合成高分子或天然高分子溶液、脂肪細(xì)胞生長因子與人體干細(xì)胞共混打印后轉(zhuǎn)化而成，能與人體組織直接縫合。
[0027]本發(fā)明所述的乳房植入體外形輪廓呈人體乳房形狀或腫瘤切除塊狀。合成高分子溶液為質(zhì)量體積百分比為0.1-30%的聚酯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己內(nèi)酯、聚碳酸酯、聚乙二醇、聚四氟乙烯、聚酯和乳酸-羥基乙酸共聚物中的至少一種。所述的天然高分子溶液采用質(zhì)量百分濃度為0.1?20%的海藻酸鈉、活性肽、膠原、肝素、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸、粘多糖、糖蛋白、基質(zhì)膠、右旋糖、殼聚糖、明膠和纖維蛋白原溶液中的至少一種。所述人體干細(xì)胞為脂肪干細(xì)胞、骨髓干細(xì)胞、血液干細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞中的至少一種;所述神經(jīng)纖維束含有神經(jīng)細(xì)胞，或含有干細(xì)胞與神經(jīng)細(xì)胞生長因子的混合物。
[0028]本發(fā)明提供的乳房植入體三維結(jié)構(gòu)的快速成形方法，其特征在于該方法包括如下步驟:
[0029]1)材料制備
[0030]分別制備質(zhì)量體積百分濃度為0.1?20%天然高分子溶液、質(zhì)量體積百分濃度為1?10 %交聯(lián)劑、質(zhì)量體積百分濃度為0.1?10 %合成高分子溶液、質(zhì)量體積百分濃度