人工血管的制备方法与流程

本发明关于一种人工血管的制备方法，尤指一种具有三层结构的人工血管的制备方法。

背景技术：

现有技术用于制备人工血管的生物医用材料包含硅胶或聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE,)，目前利用聚四氟乙烯所制成的人工血管已应用于人类脑外科手术以及心脏搭桥手术。现有技术还利用涂层(coating)技术结合生物医用材料与细胞来制备人工血管，该涂层技术包含将一富含细胞的血袋转移到含有生物医用材料的中空管柱进行细胞涂布。涂层结束后，细胞会在该含有生物医用材料的中空管柱上生长，使细胞逐渐取代该生物医用材料并形成人工血管。现有技术还利用3D打印技术将琼脂糖纤维(agarose fiber)形成一基底模板，并于4℃环境下将高分子生物医用材料或将高分子生物医用材料结合细胞包覆该基底模板，以形成人工血管。之后再利用光交联技术(photocrosslink)增强人工血管的强度，最后移除基底模板以形成具通道的人工血管。

然而，现有技术所制备的人工血管仅能形成单层构造，无法仿真制造出人体动脉血管所具有的三层构造，因此其在使用上将影响该人工血管的稳定度以及功能。此外，内径小于3毫米(mm)的人工血管内壁倘若长出组织抑或形成血栓，将容易造成血管堵塞的现象，其将导致该人工血管无法顺利地运送养分、氧气及移除代谢废物，因此目前内径小于3毫米(mm)的人工血管尚未使用于临床治疗上。因此开发出一种具有三层结构、内径小于3毫米且可运送养分、氧气及移除代谢废物、增加人工血管的血液兼容性及生物稳定性的人工血管，是本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术的缺失，本发明的目的在于提供一种人工血管的制备方法，将POSS-PCU以及干细胞进行混合，并利用3D打印技术以制备人工血管。

为达到上述的目的，本发明提供一种人工血管的制备方法，其步骤包含：

利用3D打印技术制备一模板；

制备一活化的多面体硅氧烷寡聚物聚氨酯(active polyhedral oligomeric silsesquioxane poly(carbonate-urea)urethane,active POSS-PCU)；

制备一干细胞；

在4℃环境下，将所述的活化的POSS-PCU与1×10⁶个至2×10⁶个干细胞进行混合，以形成一富含干细胞的混合材料，利用3D打印技术将该混合材料包覆于模板，并且朝远离模板的方向依序形成一具有三层结构的人工血管；

利用等离子技术(plasma processing)处理具有三层结构的人工血管，以增强人工血管的结构强度并移除模板，以获得一具有通道的人工血管。

较佳的，所述的干细胞的来源包含骨髓或周边血液。

较佳的，所述的干细胞是带有表面抗原(surface antigen)CD133或CD34的干细胞。

较佳的，在活化的POSS-PCU与干细胞混合的步骤中，所述的干细胞数目为1×10⁶个。

较佳的，所述的等离子技术的处理条件包含：直流放电等离子(DC-discharge plasma)频率为0赫兹(Hz)；低/中频放电等离子频率介于10千赫兹(kilo Hz)至100千赫兹之间；射频放电等离子频率(radio frequency-discharge plasma)为13.56兆赫(mega Hz)；微波放电等离子(microwave-discharge plasma)频率为2.45十亿赫兹(giga Hz)；气体流量介于每分钟0.1升(standard liter per minute,slm)至每分钟10升之间；工作电压介于1千伏特(kilo volt)至40千伏特之间；工作功率介于1瓦特(watt)至180瓦特之间，以及反应时间介于5秒至420秒之间。

相较于现有技术的方法仅能制造单层结构的人工血管，本发明所述的制备方法是将干细胞与活化的POSS-PCU混合，通过3D打印技术以及干细胞的分化功能来制备出具有三层结构的人工血管，其可运送养分、氧气及移除代谢废物、增加人工血管的血液兼容性及生物稳定性。本发明解决了现有技术仅能制造单层人工血管以及容易发生血管堵塞等问题，以应用于脑外科手术、心脏搭 桥手术或心脏的冠状动脉肿瘤疾病的治疗。

附图说明

图1是本发明的人工血管的制备方法的流程图。

具体实施方式

下列实施例用于示范说明本发明。所述的实施例不以任何方式意欲限制本发明的范围，但用于指示如何实施本发明的材料及方法。

制备例：人工血管的制备方法

在80℃环境下，利用3D打印技术将液态的琼脂糖(agarose)制成琼脂糖纤维(agarose fiber)，再将琼脂糖纤维置于4℃环境，使琼脂糖纤维凝固形成一模板。

在氦气环境下，将聚碳酸酯多元醇(polycarbonate polyol)及反式环己二醇异丁基半硅氧烷(trans-cyclohexanediolisobutyl-silsesquioxane)以特定体积比例混合，以聚碳酸酯多元醇的体积百分比(vol％)为基准，该聚碳酸酯多元醇及反式环己二醇异丁基半硅氧烷的混合体积比例为1vol％：30vol％，并在125℃下进行加热5分钟至10分钟，使该聚碳酸酯多元醇与反式环己二醇异丁基半硅氧烷充分溶解并混合为一混合物。将该混合物降温至60℃后与二芳基甲烷二异氰酸酯(diphenyl-methane-diisocyanate,MDI)以1vol％：4vol％混合，以形成一组合物；将该组合物升温至80℃，并静置90分钟后，并以体积比为1vol％：8vol％的比例将组合物与二甲基乙酰胺(dimethylacetamide)混合并降温至40℃，以形成一多面体硅氧烷寡聚物聚氨酯(polyhedral oligomeric silsesquioxane poly(carbonate-urea)urethane,POSS-PCU)。POSS-PCU合成后的液体需放置在40℃下保持液态，最后将该POSS-PCU加热至65℃进行肽基的激活，以形成一活化的POSS-PCU(active POSS-PCU)。

将骨髓或周边血液置入临床细胞分离系统以分离出干细胞。在较佳的实施例中，所述的干细胞是带有表面抗原(surface antigen)CD133或CD34的干细胞。

在4℃环境下，将活化的POSS-PCU以及1×10⁶个带有表面抗原(surface antigen)CD133或CD34的干细胞进行混合，以形成一富含干细胞的混合材料， 利用3D打印技术分别以三次打印方式将该混合材料包覆于模板，并且朝远离模板的方向依序形成一具有三层结构的人工血管；再利用计算机断层扫描(computerized tomography)的影像图确认该具有三层结构的血管。

在15℃至30℃、760托(torr)、氧气(O₂)以及氦气(He)环境下，利用等离子技术(plasma processing)处理具有三层结构的人工血管，以增强该人工血管的结构强度。所述的等离子技术的处理条件包含：直流放电等离子(DC-discharge plasma)频率为0赫兹(Hz)；低/中频放电等离子频率介于10千赫兹至100千赫兹之间；射频放电等离子频率(radio frequency-discharge plasma)为13.56兆赫；微波放电等离子(microwave-discharge plasma)频率为2.45十亿赫兹；气体流量介于每分钟0.1升至每分钟10升之间；工作电压介于1千伏特至40千伏特之间；工作功率介于1瓦特至180瓦特之间，以及反应时间介于5秒至420秒之间。

最后移除模板，以形成一具有通道的人工血管。

依据本发明的制备方法所制成的人工血管，该人工血管自内向外依序包含一第一层结构、一第二层结构以及一第三层结构。在较佳的实施例中，所述的第一层结构包含内皮(endothelium)及基底膜(basement membrane)，所述的基底膜包含外被细胞(pericyte,PC)且包围该内皮，所述的内皮由所述的带有表面抗原CD133或CD34的干细胞分化而成，且所述的内皮包含内皮细胞(endothelial cell,EC)。第二层结构包含平滑肌细胞(smooth muscle cell,SMS)以及弹性纤维，该平滑肌细胞由所述的带有表面抗原CD133或CD34的干细胞分化而成。第三层结构包含，但不限于胶原蛋白纤维(collagen fiber)、结缔组织(connective tissue)、小淋巴管(small lymphatic vessel)以及微血管(capillary vessel)。所述的结缔组织包含纤维母细胞(fibroblast,FB)及巨噬细胞(macrophage)。因此，依据本发明的带有表面抗原CD34及CD133的干细胞的制备方法，通过带有表面抗原CD34及CD133的干细胞可分化成包含内皮细胞、平滑肌细胞及纤维母细胞等三层各具有不同结构、细胞及密度的仿人体血管结构的人工血管。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。