一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法
【专利摘要】本发明涉及一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法。本发明首先从医院获取喉软骨影像数据。将采集到的喉软骨影像层片导入重构软件，得到准确的喉软骨三维数字模型。其次导入喉软骨三维数字模型进行分层，设置分层软件参数，得到分层的二维模型。然后在无菌条件下，选取细胞受控组装材料，将软骨细胞与细胞受控组装材料搅拌均匀，并装入细胞组装受控机中。最后将分层图形导入控制软件，使细胞组装机开始进行分层堆积打印出含细胞的喉软骨支架。并将支架用交联剂固化。本发明制取的喉软骨支架生物相容性好、孔隙率高、取材方便且能够直接植入患者体内达到修复喉损伤的效果，患者能够完成正常的发声和吞咽的动作。
【专利说明】-种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及喉损伤修复、喉再造、细胞受控组装(生物3D打印)领域，尤其是一种材 料来源广、生物相容性好、经济实用的制造组织工程人工喉软骨支架的方法。
【背景技术】
[0002] 喉是人类发声部位，目前世界上有数十万因先天性疾病、喉肿瘤外科手术和喉外 伤长期失喉的患者无法正常交流，对患者自身和家庭造成了极大也理和身体上的创作。目 前对喉患者的治疗方法有电子人工喉、食管音和气管音等，该些方法都存在要么利用外部 电子设备，要么利用其他部位代替喉部位发音等，例如电子人工喉存在使用不便、发音不 清、价格昂贵等缺点，食管音的方法则需要定期维护更换，存在操作不便、学习发声方法比 较复杂，而气管音则存在修复率低、容易产生副作用的缺点。该些方法虽然能够在一定程度 上达到使患者重新发声的目的，但都没有能够做到真正意义上的修复喉头。因此，如何寻找 一种能够真正即能使患者重新声，又能不影响患者生活的方法意义重大。
【发明内容】
[0003] 为改进W上喉损伤修复方法的缺陷，达到在生理上修复喉损伤、恢复后功能的目 的，本发明从细胞受控组装(生物3D打印)技术着手，提供一种具有良好生物相容性、细胞直 接受控组装的组织工程喉软骨支架的打印方法。
[0004] 本方法的具体是： 步骤1.从医院获取喉软骨的CT、MRI影像数据。
[0005] 步骤2.将采集到的喉软骨影像层片导入Mimics重构软件，得到准确的喉软骨H 维数字模型。
[0006] 步骤3.导入喉软骨H维数字模型进行分层，设置分层软件Aurora参数，得到分层 的二维模型。
[0007] 步骤4.在无菌条件下，选取生物相容性好且取材广泛的细胞受控组装材料，将事 先制备好的软骨细胞与细胞受控组装材料揽拌均匀，并装入细胞组装受控机中。
[0008] 步骤5.将分层图形导入控制软件，使细胞组装机开始进行分层堆积打印出含细 胞的喉软骨支架。
[0009] 步骤6.打印好支架后用交联剂将支架固化，再将交联剂冲洗干净后得到一个多 孔隙、生物相容性好且具有细胞活性的喉软骨支架。
[0010] 本发明的有益效果在于；制取的喉软骨支架生物相容性好、孔隙率高、取材方便且 能够直接植入患者体内达到修复喉损伤的效果，患者能够完成正常的发声和吞咽的动作。
[0011] 同时由于在H维模型建造时可W对喉各部位进行分开处理，故本发明还能根据患 者喉损伤的部位不同进行不同模型建立，从而可W达到根据患者实际情况都能够完成修复 的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0013] W下结合图1对本发明作进一步说明。
[0014] 1)从医院获得喉的CT、MRI影像图片。
[0015] 2)将获取到的图像导入Mimics重构软件，经过处理得到喉关节软骨H维数字模 型，可选择导入ANSYS进行有限元分析，并对软骨H维数字模型进行局部修正设计。
[0016] 3)通过分层软件Aurora对喉软骨3D模型进行逐层分离，得到细胞受控组装机能 够打印的喉软骨2D层片模型。
[0017] 4)选取能够制取生物相容性好、孔隙率高、力学性能合适支架的生物材料，同时选 取具有良好增殖能力、对生物材料无免疫原性或免疫原性比较低的合适的软骨细胞或能够 发展成软骨细胞的细胞。
[0018] 5)在无菌条件下将选取好的生物材料与细胞按合适比较混合，并加入一定量的生 长因子促进细胞增殖，保证制取的细胞支架能够长期培养，细胞能够正常增殖。
[0019] 6)将混合的细胞材料装入事先灭菌的细胞受控组装机中，并导入分层的喉软骨H 维模型至细胞受控组装（生物3D打印）机控制软件Cark中，此时细胞组受控装机将按喉软 骨H维模型图一层一层打印出所需要的支架，得到一个有较高孔隙率的生物支架。
[0020] 7)最后用交联剂固化已打印好的支架，使其能够长期保持形状，至此得到一个完 整的H维喉软骨细胞支架模型。
[0021] 目前能够适应软骨细胞生长的3D打印生物材料主要有水凝胶类，如聚甲基丙帰 酸轻己醋（Poly HEMA)、聚己帰醇、阳0、聚己二醇（阳G)等，W及一些复合材料，如明胶与海 藻酸轴混合材料、壳聚糖与胶原等。该些材料都具有良好生物相容性，且可降解，能够为软 骨细胞提供类似细胞外质基类的生存环境，是理想的生物材料。
[0022] 目前细胞或能够发展成为软骨细胞的细胞主要的有常用的软骨细胞、胚胎干细 胞、骨髓间质干细胞。而生长因子则主要有BMP-UBMP-2、转化生长因子-目、成纤维细胞生 长因子等。当然细胞支架培养过程中除了受生长因子影响外，还受到应力、微重力等力学环 境影响，所W该方面也要注重。
[0023] W下给出一个具体实施例： 1.对于患喉癌准备切除整喉的患者，在对患者喉软骨进行CT或MRI提取数据后，通过 与健康个体提取的数据对比后得到该患者健康时的喉部数据。
[0024] 2.将得到的喉软骨影像图像采用Mimics重构，再进行有限元分析并辅助设计得 到精确的喉关节软骨数字3D模型。
[00巧]3.通过Auraro分层软件对模型分层处理，得到分层的喉3D数字模型，分层层厚 为0. 2,再导入控制软件Cark中，控制软件进行打印的参数为扫描速度8mm/s，扫描加速度 为3mm/ 6-3，喷头速度0. 2mm/s，喷头加速度8mm/ S2。
[0026] 4.将事先选取的生物材料和软骨细胞装入细胞受控组装机中，然后细胞组装机根 据导入3D模型开始一层一层打印，得到合适的喉关节3D支架。再加入交联剂固化成型，放 入体外培养。
[0027] 5.将得到的喉关节细胞支架在体外培养一段时间后，植入患者体内即可。
[0028] 本实施例制取出来的喉关节支架，不仅具有很好的生物相容性，且孔隙率高，适合 软骨细胞生长增殖，材料选择广泛，制作过程简单便捷，非常适合普及。且区别于其它生物 制造的方法，本方法能够将细胞与支架共同打印，更好地使细胞存活，完全能够模拟软骨细 胞在喉软骨中的环境，是一种比较贴近实际的方法。
【权利要求】
1. 一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 步骤1.从医院获取喉软骨的CT、MRI影像数据； 步骤2.将采集到的喉软骨影像层片导入Mimics重构软件，得到准确的喉软骨三维数 字模型； 步骤3.导入喉软骨三维数字模型进行分层，设置分层软件Aurora参数，得到分层的二 维模型； 步骤4.在无菌条件下，选取生物相容性好且取材广泛的细胞受控组装材料，将事先制 备好的软骨细胞与细胞受控组装材料搅拌均匀，并装入细胞组装受控机中； 步骤5.将分层图形导入控制软件，使细胞组装机开始进行分层堆积打印出含细胞的 喉软骨支架； 步骤6.打印好支架后用交联剂将支架固化，再将交联剂冲洗干净后得到一个多孔隙、 生物相容性好且具有细胞活性的喉软骨支架。
2. 根据权利要求1所述的一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法，其特征在于：步 骤2中选择导入ANSYS进行有限元分析，并对软骨三维数字模型进行局部修正设计。
3. 根据权利要求1所述的一种细胞受控组装人工喉软骨支架的方法，其特征在于：步 骤4中软骨细胞与细胞受控组装材料搅拌过程中加入生长因子促进细胞增殖。
【文档编号】A61F2/20GK104398320SQ201410670158
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】史廷春, 谢晋 申请人:杭州电子科技大学