技术领域：
本发明属于3d打印与组织工程领域，具体涉及一种体外类脑组织及其构建方法。
背景技术：
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脑科学研究已被列入世界科技发展的重要战略方向，也是最难攻克的研究之一。特别是在脑疾病研究方面，作为研究对象的脑组织的供体缺乏而限制了研究发展，动物脑组织不可能完全表征人脑组织特征。因此，脑病理及药理模型的严重不足限制了脑的病理药理研究。另外，大脑结构复杂，有皮质与白质之分，以及不同核团组成。宏观上皮质覆盖着大脑半球的大部分，具有六层分层结构，每层厚度不等，结构及功能也不同，表面有大量的褶皱沟回结构。微观上大脑皮质细胞种类繁多，排布错综复杂。复杂的结构对构建类脑组织提出了很高的要求，普通的组织工程构建方法很难满足要求。
技术实现要素：
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本发明提出了一种体外类脑组织及其构建方法，利用3d打印技术在构建复杂结构模型方面有很大的优势，可以控制细胞种类、排布、梯度分布等以构建出接近于脑皮质结构的类脑组织；可以根据病理药理研究领域的需求，构建个性化、定制化类脑组织模型，解决了脑组织供体不足的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种体外类脑组织，通过3d打印的方式构建类脑组织结构，构建的组织结构包括皮质分层类脑组织4、功能核团类脑组织13和皮质白质类脑组织6；其中皮质白质类脑组织6从形态与功能上接近于自然脑组织的皮质1和白质2组织结构，皮质分层类脑组织4从形态与功能上接近于自然脑组织的皮质1的六层组织结构3，功能核团类脑组织13从形态与功能上接近于自然脑组织的核团14结构。
所述3d打印的皮质分层类脑组织4分为两种，分别为三维分层堆叠式与二维分层流道式两种；都分成六层，每层结构的细胞不同，分别对应自然脑组织的皮质1的六层组织结构3的分子层、外颗粒层、外锥体细胞层、内颗粒层、内锥体细胞层和多形细胞层；其中三维分层堆叠式是每一层细胞组织结构由下至上逐一堆叠成为的三维立体组织结构，二维分层流道式是每一层细胞组织结构由左至右平铺成为的二维平面组织结构。
所述3d打印的功能核团类脑组织13由单一种类神经细胞所构建，其中黑质核团由多巴胺神经元构建，成为具有分泌多巴胺功能的类脑组织核团。
所述3d打印的皮质白质类脑组织6分为内外两层，内层皮质对应皮质1部分，外层白质对应白质2部分，且内层皮质部分在形态上接近六层分层褶皱结构。
所述3d打印的皮质分层类脑组织4、功能核团类脑组织13和皮质白质类脑组织6功能上具有神经网络的形成、电生理信号的传递、长期增益效应这些脑组织所具有的基本功能。
所述3d打印的皮质分层类脑组织4、功能核团类脑组织13以及皮质白质类脑组织6每层打印厚度为40μm～2mm；每层打印的面积即长×宽的范围为：4×4mm2-150×150mm2。
所述3d打印的皮质分层类脑组织4、功能核团类脑组织13以及皮质白质类脑组织6由细胞与基质材料5构建而成。
所述细胞的种类为：神经元、神经胶质细胞、神经干细胞、多巴胺神经元、大脑皮层细胞和雪旺细胞中的一种或多种以任意比例组合。
所述基质材料5为：胶原蛋白、结冷胶、明胶、海藻酸盐、壳聚糖、丝素蛋白、石墨烯、琼脂和碳纳米管中的一种或多种以任意比例组合；其中，胶原蛋白、明胶、琼脂通过温敏方式成型；海藻酸盐、壳聚糖、结冷胶、丝素蛋白和壳聚糖通过交联方式成型。
所述的体外类脑组织的3d打印构建方法，所述皮质分层类脑组织4、功能核团类脑组织13和皮质白质类脑组织6的打印方法分别如下：
皮质分层类脑组织4的打印构建方法，当构建三维分层堆叠式的皮质分层类脑组织4时，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1：构建3d打印系统，该打印系统由三维移动工作台9、与三维移动工作台9连接的多喷头装置10、设置在多喷头装置10上的多个喷头11以及与三维移动工作台9和喷头11连接的计算机8四部分组成；其中，喷头11能够装有不同的基质材料5及细胞，计算机8能够通过电机12控制任意喷头11的升降、启动停止以及流量参数；
步骤2：将配好的基质材料5与细胞悬液混合均匀，制成所需的生物油墨，分别注入对应的喷头11；调节三维移动工作台9，调整喷头11与基板7间的距离至预设的打印距离；
步骤3：将设计好结构的三维分层堆叠式的皮质分层类脑组织4的模型导入计算机8中，设定好模型中不同细胞层对应的不同喷头11，根据三维分层堆叠式皮质分层类脑组织模型的路径与不同层对应的油墨完成三维移动工作台9的移动及多喷头11的替换挤出完成皮质分层类脑组织4第一层即多形细胞层的打印，关闭执行工作的喷头11；
步骤4：三维移动工作台9带动多喷头装置10沿着z轴向上移动至预设位置，多喷头装置10选择适用的喷头11下降，并按照预设的流量挤出生物油墨，按照规定好的路径完成皮质分层类脑组织4第二层即内锥体细胞层的打印；
步骤5：重复步骤3，依次构建内颗粒层、外锥体细胞层、外颗粒层、分子层，直至打印结束，得到三维分层堆叠式的皮质分层类脑组织4为止；
当构建二维分层流道式皮质分层类脑组织4时，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1：构建3d打印系统，该打印系统由三维移动工作台9、与三维移动工作台9连接的多喷头装置10、设置在多喷头装置10上的多个喷头11以及与三维移动工作台9和喷头11连接的计算机8四部分组成；其中，喷头11能够装有不同的基质材料5及细胞，计算机8能够通过电机12控制任意喷头11的升降、启动停止以及流量参数；
步骤2：将配好的基质材料5与细胞悬液混合均匀，制成所需的生物油墨，分别注入对应的喷头11；调节三维移动工作台9，调整喷头11与基板7间的距离至预设的打印距离；
步骤3：将设计好结构的二维分层流道式的皮质分层类脑组织模型导入计算机8中，设定好模型中不同细胞层对应的不同喷头11，根据二维分层流道式皮质分层类脑组织模型的路径与不同层对应的油墨完成三维移动工作台9的移动及多喷头11的替换挤出完成皮质分层类脑组织4第一层即多形细胞层打印，关闭执行工作的喷头11；
步骤4：三维移动工作台9带动多喷头装置10沿着y轴向右移动至适当位置，多喷头装置10选择适用的喷头11下降，并按照预设的流量挤出生物油墨，按照规定好的路径完成皮质分层类脑组织4第二层即内锥体细胞层打印；
步骤5：重复步骤3，依次构建内颗粒层、外锥体细胞层、外颗粒层、分子层，直至打印结束，得到二维分层流道式的皮质分层类脑组织4为止；
皮质白质类脑组织6的打印构建方法，包括步骤如下：
步骤1：构建3d打印系统，该打印系统由三维移动工作台9、与三维移动工作台9连接的多喷头装置10、设置在多喷头装置10上的多个喷头11以及与三维移动工作台9和喷头11连接的计算机8四部分组成；其中，喷头11能够装有不同的基质材料5及细胞，计算机8能够通过电机12控制任意喷头11的升降、启动停止以及流量参数；
步骤2：将配好的基质材料5与细胞悬液混合均匀，制成所需的生物油墨，分别注入对应的喷头11；调节三维移动工作台9，调整喷头11与基板7间的距离至预设的打印距离；
步骤3：将设计好结构的皮质白质类脑组织6模型导入计算机8中，设定好模型中不同细胞层对应的不同喷头11，根据皮质白质类脑组织6模型的路径与不同层对应的油墨完成三维移动工作台9的移动及多喷头11的替换挤出皮质白质类脑组织6的白质部分的打印，关闭执行工作的喷头11；
步骤4：三维移动工作台9带动多喷头装置10沿着y轴向右移动至适当位置，多喷头装置10选择适用的喷头11下降，并按照预设的流量挤出生物油墨，按照规定好的路径完成皮质白质类脑组织6的黑质部分打印；
功能核团类脑组织13的打印构建方法，包括步骤如下：
步骤1：构建3d打印系统，该打印系统由三维移动工作台9、与三维移动工作台9连接的多喷头装置10、设置在多喷头装置10上的多个喷头11以及与三维移动工作台9和喷头11连接的计算机8四部分组成；其中，喷头11能够装有对应的基质材料5及细胞，计算机8能够通过电机12控制任意喷头11的升降、启动停止以及流量参数；
步骤2：将配好的基质材料5与细胞悬液混合均匀，制成所需的生物油墨，分别注入对应的喷头11；调节三维移动工作台9，调整喷头11与基板7间的距离至预设的打印距离；
步骤3：将设计好结构的功能核团类脑组织13模型导入计算机8中，设定好模型对应的喷头11，根据功能核团类脑组织13模型的路径完成三维移动工作台9的移动及喷头11的挤出完成功能核团类脑组织13的打印，关闭执行工作的喷头11。
本发明具备如下优点：
本发明利用3d打印的优势，实现不同神经细胞的定点打印，根据实际的需求，构建个性化类脑组织模型，解决了供体充足的动物脑组织不可能完全表征人脑组织特征的问题，为脑的病理模型和脑神经药物模型提供了大量的来源。
以上所披露的仅为本发明一种实施例，不能以此来限定本发明的权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
附图说明
图1为本发明构建的类脑组织及打印系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明
如图1所示，本发明一种体外类脑组织，通过3d打印的方式构建类脑组织结构，构建的组织结构包括皮质分层类脑组织4、功能核团类脑组织13和皮质白质类脑组织6；其中皮质白质类脑组织6从形态与功能上接近于自然脑组织的皮质1和白质2组织结构，皮质分层类脑组织4从形态与功能上接近于自然脑组织的皮质1的六层组织结构3，功能核团类脑组织13从形态与功能上接近于自然脑组织的核团14结构。
作为本发明的优选实施方式，所述3d打印的皮质分层类脑组织4分为两种，分别为三维分层堆叠式与二维分层流道式两种；都分成六层，每层结构的细胞不同，分别对应自然脑组织的皮质1的六层组织结构3的分子层、外颗粒层、外锥体细胞层、内颗粒层、内锥体细胞层和多形细胞层；其中三维分层堆叠式是每一层细胞组织结构由下至上逐一堆叠成为的三维立体组织结构，二维分层流道式是每一层细胞组织结构由左至右平铺成为的二维平面组织结构。
作为本发明的优选实施方式，所述3d打印的功能核团类脑组织13由单一种类神经细胞所构建，其中黑质核团由多巴胺神经元构建，成为具有分泌多巴胺功能的类脑组织核团。
作为本发明的优选实施方式，所述3d打印的皮质白质类脑组织6分为内外两层，内层皮质对应皮质1部分，外层白质对应白质2部分，且内层皮质部分在形态上接近六层分层褶皱结构。
作为本发明的优选实施方式，所述3d打印的皮质分层类脑组织4、功能核团类脑组织13和皮质白质类脑组织6功能上具有神经网络的形成、电生理信号的传递、长期增益效应这些脑组织所具有的基本功能。
作为本发明的优选实施方式，所述3d打印的皮质分层类脑组织4、功能核团类脑组织13以及皮质白质类脑组织6每层打印厚度为40μm～2mm；每层打印的面积即长×宽的范围为：4×4mm2-150×150mm2。
作为本发明的优选实施方式，所述3d打印的皮质分层类脑组织4、功能核团类脑组织13以及皮质白质类脑组织6由细胞与基质材料5构建而成。
所述细胞的种类为：神经元、神经胶质细胞、神经干细胞、多巴胺神经元、大脑皮层细胞和雪旺细胞中的一种或多种以任意比例组合。
作为本发明的优选实施方式，所述基质材料5为：胶原蛋白、结冷胶、明胶、海藻酸盐、壳聚糖、丝素蛋白、石墨烯、琼脂和碳纳米管中的一种或多种以任意比例组合；其中，胶原蛋白、明胶、琼脂通过温敏方式成型；海藻酸盐、壳聚糖、结冷胶、丝素蛋白和壳聚糖通过交联方式成型。
本发明所述的体外类脑组织的3d打印构建方法，所述皮质分层类脑组织4、功能核团类脑组织13和皮质白质类脑组织6的打印方法分别如下：
皮质分层类脑组织4的打印构建方法，当构建三维分层堆叠式的皮质分层类脑组织4时，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1：构建3d打印系统，该打印系统由三维移动工作台9、与三维移动工作台9连接的多喷头装置10、设置在多喷头装置10上的多个喷头11以及与三维移动工作台9和喷头11连接的计算机8四部分组成；其中，喷头11能够装有不同的基质材料5及细胞，计算机8能够通过电机12控制任意喷头11的升降、启动停止以及流量参数；
步骤2：将配好的基质材料5与细胞悬液混合均匀，制成所需的生物油墨，分别注入对应的喷头11；调节三维移动工作台9，调整喷头11与基板7间的距离至预设的打印距离；
步骤3：将设计好结构的三维分层堆叠式的皮质分层类脑组织4的模型导入计算机8中，设定好模型中不同细胞层对应的不同喷头11，根据三维分层堆叠式皮质分层类脑组织模型的路径与不同层对应的油墨完成三维移动工作台9的移动及多喷头11的替换挤出完成皮质分层类脑组织4第一层即多形细胞层的打印，关闭执行工作的喷头11；
步骤4：三维移动工作台9带动多喷头装置10沿着z轴向上移动至预设位置，多喷头装置10选择适用的喷头11下降，并按照预设的流量挤出生物油墨，按照规定好的路径完成皮质分层类脑组织4第二层即内锥体细胞层的打印；
步骤5：重复步骤3，依次构建内颗粒层、外锥体细胞层、外颗粒层、分子层，直至打印结束，得到三维分层堆叠式的皮质分层类脑组织4为止；
当构建二维分层流道式皮质分层类脑组织4时，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1：构建3d打印系统，该打印系统由三维移动工作台9、与三维移动工作台9连接的多喷头装置10、设置在多喷头装置10上的多个喷头11以及与三维移动工作台9和喷头11连接的计算机8四部分组成；其中，喷头11能够装有不同的基质材料5及细胞，计算机8能够通过电机12控制任意喷头11的升降、启动停止以及流量参数；
步骤2：将配好的基质材料5与细胞悬液混合均匀，制成所需的生物油墨，分别注入对应的喷头11；调节三维移动工作台9，调整喷头11与基板7间的距离至预设的打印距离；
步骤3：将设计好结构的二维分层流道式的皮质分层类脑组织模型导入计算机8中，设定好模型中不同细胞层对应的不同喷头11，根据二维分层流道式皮质分层类脑组织模型的路径与不同层对应的油墨完成三维移动工作台9的移动及多喷头11的替换挤出完成皮质分层类脑组织4第一层即多形细胞层打印，关闭执行工作的喷头11；
步骤4：三维移动工作台9带动多喷头装置10沿着y轴向右移动至适当位置，多喷头装置10选择适用的喷头11下降，并按照预设的流量挤出生物油墨，按照规定好的路径完成皮质分层类脑组织4第二层即内锥体细胞层打印；
步骤5：重复步骤3，依次构建内颗粒层、外锥体细胞层、外颗粒层、分子层，直至打印结束，得到二维分层流道式的皮质分层类脑组织4为止；
皮质白质类脑组织6的打印构建方法，包括步骤如下：
步骤1：构建3d打印系统，该打印系统由三维移动工作台9、与三维移动工作台9连接的多喷头装置10、设置在多喷头装置10上的多个喷头11以及与三维移动工作台9和喷头11连接的计算机8四部分组成；其中，喷头11能够装有不同的基质材料5及细胞，计算机8能够通过电机12控制任意喷头11的升降、启动停止以及流量参数；
步骤2：将配好的基质材料5与细胞悬液混合均匀，制成所需的生物油墨，分别注入对应的喷头11；调节三维移动工作台9，调整喷头11与基板7间的距离至预设的打印距离；
步骤3：将设计好结构的皮质白质类脑组织6模型导入计算机8中，设定好模型中不同细胞层对应的不同喷头11，根据皮质白质类脑组织6模型的路径与不同层对应的油墨完成三维移动工作台9的移动及多喷头11的替换挤出皮质白质类脑组织6的白质部分的打印，关闭执行工作的喷头11；
步骤4：三维移动工作台9带动多喷头装置10沿着y轴向右移动至适当位置，多喷头装置10选择适用的喷头11下降，并按照预设的流量挤出生物油墨，按照规定好的路径完成皮质白质类脑组织6的黑质部分打印；
功能核团类脑组织13的打印构建方法，包括步骤如下：
步骤1：构建3d打印系统，该打印系统由三维移动工作台9、与三维移动工作台9连接的多喷头装置10、设置在多喷头装置10上的多个喷头11以及与三维移动工作台9和喷头11连接的计算机8四部分组成；其中，喷头11能够装有对应的基质材料5及细胞，计算机8能够通过电机12控制任意喷头11的升降、启动停止以及流量参数；
步骤2：将配好的基质材料5与细胞悬液混合均匀，制成所需的生物油墨，分别注入对应的喷头11；调节三维移动工作台9，调整喷头11与基板7间的距离至预设的打印距离；
步骤3：将设计好结构的功能核团类脑组织13模型导入计算机8中，设定好模型对应的喷头11，根据功能核团类脑组织13模型的路径完成三维移动工作台9的移动及喷头11的挤出完成功能核团类脑组织13的打印，关闭执行工作的喷头11。