一种全功能人工器官拟合体及其制备和培养方法
【专利摘要】一种全功能人工器官拟合体及其制备和培养方法，属于生物、材料、制造交叉学科领域。该拟合体含有外皮层和器官主体组织区；器官主体组织区含有生长区、分化区、对接区、分支动脉系统、分支神经系统和分支静脉系统；所述分支动脉系统、分支神经系统和分支静脉系统分布在分化区内并与外部生长区和中部对接区构成主体三维骨架结构。本发明利用微滴喷射、灌注、注射等技术使含不同细胞和生长因子的水凝胶排列在三维骨架结构上；利用粘附或喷涂等技术使合成高分子复合到主体三维骨架结构外侧形成类似于动物体各器官的形貌；采用特定培养装置和方法对器官拟合体进行培养，使其在功能和结构上模拟天然的动物器官，为器官制造、移植等领域提供新的可能性。
【专利说明】
一种全功能人工器官拟合体及其制备和培养方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种全功能人工器官拟合体及其制备和培养方法，属于生物、材料、机械、制造交叉学科领域。
【背景技术】
[0002]世界上每年患有组织缺损或器官衰竭的病人数逾千万，仅美国每年以外科手术治疗此类病人约800万。然而，活体供体组织器官有限，现有的机械装置不具备复杂组织器官的所有功能，不能防止患者的病情进一步恶化。近十年来，科学家们运用组织工程技术，利用人体残余器官的少量正常细胞进行体外繁殖，获得患者所需的、具有相同功能的器官，又不存在排斥反应，已取可喜的成果，不少新近成立的生物技术公司正准备正在投入巨资实现商品化。在美国，已形成价值40亿美元的产业，并以每年25%的速度递增。但现存的组织工程技术面临许多困难和限制，组织工程应用研究所取得的成功均是在那些结构与生理功能较为简单的组织如骨骼、软骨。传统的支架制备技术不能准确地控制孔的大小、结构、空间分布及贯通的通道，营养供应和血管长入都受到很大的限制。传统组织工程方法一般先制备结构支架，在进行细胞培养过程中由于上层细胞消耗大部分的氧气和营养，限制了这些组分向底层扩散，从而限制了细胞向支架深层的迀移等。这种先制备支架，再培养细胞的方法，耗时又费力，细胞在向支架内迀移的过程中很可能就已经变型、老化，达不到及时治疗临床病人的要求。同时传统的组织工程技术不能满足将不同的细胞在空间准确定位与定点放置，构建复杂组织器官的功能梯度结构的需求。
[0003]3D 打印(three-dimens1nal printing, 3DP)，又叫快速原形(RapidPrototyping, RP)，或增材制造(Additive Manufacturing, AM)，利用材料的逐层堆积实现结构体的成形。国外许多科研组已实现基于RP技术的含细胞三维结构体的组装或打印，如荷兰乌德勒支大学医学中心的三维纤维沉积技术[Fedorovich NE, et al.TissueEngineering Part C，2011，18 (I): 33]，美国亚利桑那大学的三维直写生物打印技术[Cooper GM, et al.Tissue Engineering Part A, 2010，16 (5): 1749]等。国内清华大学器官制造中心(Center of Organ Manufacturing)开发出恪融挤压设备、单(双)头喷头(针头)低温沉积成形设备，并成功制备出了简单的血管网、肝组织和骨修复材料等[WangXHj et al.Trends in B1technology, 2007, 25:505 ；ffang XHj et al.Tissue EngineeringPart B，2010，16:189 ;Wang XH.Artificial organs，2012，36:591]0
[0004]3DP有许多方式，如中国科技大学和大连理工大学利用RP技术制备了多孔镂空结构，这种多孔镂空结构，既节约原材料，又能保证原始性状和力学性能[Wang W，et al.ACMTransact1ns on Graphics (TOG), 2013, 32 (6): 177] 0 意大利比萨大学的 Vozzi G 等人利用微注射的方法，制备了六边形网格，成形结构精确[Vozzi G, et al.Tissue Engineering, 2002,8(6): 1089-1098]。上述制备镂空结构的制备方法尚局限于合成高分子材料领域，在生物和水凝胶体系的应用少有提及，镂空水凝胶结构的应用有助于提高营养液在结构体中的交换速度。
[0005]微流体技术(Microf luidics Technology, MT)能在能在微观尺寸下控制、操作和检测复杂的流体，近年来在微机械、生物工程等领域迅速涌现，芯片实验室(Lab on a chip)应运而生。英国拉夫堡大学Capel AJ等人总结了五种快速成形技术在流体化学反应的应用，并提出制备小型反应器的制备[Capel AJ, et al.Lab on aChip, 2013，13(23):4583]。将3D打印技术与为流体技术结合是解决人工器官制造的研究热点。如，美国宾夕法尼亚大学的Miller JS等人制备了三维的可溶解糖纤维支架，通入血液模拟剪切力的作用，完成了内皮细胞在血管通道的黏附，具有了初步的血管功能[MillerJS, et al.Nature materials, 2012, 11(9): 768] 0但是制备糖纤维支架费时费力，并且精度和几何复杂度也受到限制。
[0006]专利文献(申请号201210324600.4)提出了用旋转复合模具制备纺锤状复杂器官前体的方法，该方法通过模具的相对转动得到成形体外围的弧线，通过灌注方法得到带分支通道的半纺锤状成形体。但该方法分支通道的精细结构可控性不强，分支通道的多重分支难以保证，操作稳定性和结构复杂性等有待提升。
[0007]专利文献(申请号201410026170.7)提出了用快速成形法制备具有微流体通道的血管化组织结构。该方法制备的结构只含一进一出的一个分支血管系统，满足不了复杂器官同时含分支动静脉血管系统和神经系统的需求，同时不能保证所构建的血管化组织结构在体内移植后具有旺盛的生长能力和新陈代谢功能。
[0008]通过以上分析，利用再生医学原理来构建全功能人工器官已经成为医学和工程领域的研究热点。现有的3DP(AM)、微流体技术和组合模具技术并不能制备出同时含分支动静脉血管系统、神经系统和免疫系统的可与人体动静脉血管、神经等系统直接连接的全功能可植入型器官结构。这些因素促使我们对各种不同技术进行有机结合，利用复合多喷头3D打印技术、倒模、喷涂、电纺丝等技术制备具有各种系统结构的全功能人工器官，实现各种生物材料，包括高分子溶液、含细胞的水凝胶和含细胞的稀溶液多种材料的复合成形；其中分布于器官中的各种系统可以相互促进、协同发展，本发明为制造全功能人工器官奠定了理论和实践基础。
【发明内容】
[0009]本发明的目的一种全功能人工器官拟合体及其制备和培养方法，使其在功能和结构上模拟天然的动物器官，实现多个复杂组织器官的快速制造，用于衰竭器官的直接修复和替换，达到修复再生的目的，为器官制造、移植等领域提供新的可能性。
[0010]本发明的技术方案如下:
[0011]—种全功能人体器官拟合体，其特征在于:所述全功能人工器官拟合体包括外皮层和器官主体组织区；所述器官主体组织区包括生长区、分化区、对接区、分支动脉系统、分支神经系统和分支静脉系统；所述外皮层的结构形状模拟动物体各器官的形貌；所述分支动脉系统、分支神经系统和分支静脉系统分布在分化区内并与外部生长区和中部对接区构成主体三维骨架结构；分支动脉系统包括动脉总管和动脉支管；分支静脉系统包括静脉总管和静脉支管；动脉支管和静脉支管分别与中部对接区相连；分支神经系统包括主神经束和分支神经束；所述的分化区由含成体细胞的天然高分子水凝胶，或含生长因子和干细胞的天然高分子水凝胶构成；所述的生长区由含干细胞的天然高分子水凝胶构成；所述的对接区由含内皮细胞天然高分子水凝胶，或含生长因子的干细胞的天然高分子水凝胶层构成；分支神经系统穿过对接区，且连续贯通；所述分支动脉系统含至少一个液体入口，至少含一个液体出口或没有出口 ；所述分支静脉系统含至少一个液体入口和至少一个液体出口 ；所述的外皮层为合成高分子材料，分为上下两部分；分支动脉系统、分支神经系统和分支静脉系统是由3D打印逐层堆积或倒模技术分层灌注的含细胞的天然高分子水凝胶构成。
[0012]本发明所述分支动脉系统和分支静脉系统含有至少一层内皮细胞组成的血管内皮层，分支神经系统含有至少一种神经细胞组成的纤维束，其中动脉支管和静脉支管的内径为0.01-5mm，分支神经束的直径为0.01-5mm ;所述生长区、分化区和对接区含细胞水凝胶的层厚为0.01-20mm。
[0013]本发明所述器官拟合体的外部形状类似于动物体的心脏、肾脏、肝脏、胰脏、乳房、肺、皮肤、耳、子宫、大脑或膀胱。
[0014]本发明所述分化区、生长区和对接区的天然高分子水凝胶为质量百分比0.1?20%的海藻酸钠、胶原、右旋糖、纤维蛋白原、活性肽、明胶、壳聚糖、细胞外基质、琼酯糖、层粘连蛋白、硫酸软骨素、卡拉胶、蛋白多糖和透明质酸溶液中的至少一种；在所述的天然高分子水凝胶中复合有质量百分比为0.01?10%的无机盐、抗凝血因子和冻存因子中的一种或多种；所述的外皮层为合成高分子聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚乙二醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物和聚酯和聚羟基酸酯中的至少一种；该合成高分子溶液的溶剂为四乙二醇或1，4-二氧六环，合成高分子溶液的质量体积百分比为0.1-30%。
[0015]本发明所述成体细胞为心肌细胞、肝细胞、胰岛细胞、星状细胞、成骨细胞、软骨细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞、肾细胞、雪旺氏细胞、神经胶质细胞、上皮细胞、月旨肪细胞、脾细胞、子宫细胞和脂肪细胞中的至少一种；所述的干细胞为间充质干细胞、脐带血干细胞、骨髓干细胞、胚胎干细胞和诱导多能干细胞中的至少一种。
[0016]本发明提供的一种所述全功能人工器官拟合体的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤:
[0017]I)采用计算机三维建模方法分别设计所述全功能人工器官的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0018]2)采用3D打印或倒模技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；分别配制含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物天然高分子水溶液、含干细胞的天然高分子水溶液和含内皮细胞天然高分子水溶液，其中天然高分子水溶液质量百分比为0.1_20%，细胞在天然高分子水溶液中的密度为IXlO2 7个/ml ；
[0019]3)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物的天然高分子水溶液，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂或注射含内皮细胞或干细胞和生长因子混合物的天然高分子溶液形成对接区；
[0020]4)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤3)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0021]5)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含干细胞的天然高分子溶液，再次交联或聚合天然高分子，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0022]6)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层合成高分子溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能器官拟合体。
[0023]本发明提供的另一种全功能人工器官拟合体的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤:
[0024]I)采用计算机三维建模方法分别设计所述全功能人工器官的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0025]2)采用3D打印或倒模技术，制备不同直径的外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构，其中不同直径的外皮层模具分为上下两部分；分别配制含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物天然高分子水溶液、含干细胞的天然高分子水溶液和含内皮细胞天然高分子水溶液，其中天然高分子溶液质量百分比为0.1_20%，细胞在天然高分子水溶液中的密度为IX 12 7个/mL ;
[0026]3)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的下半部分的外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和下半部分的外皮层模具间灌注含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物的天然高分子水溶液，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂或注射含内皮细胞或干细胞和生长因子混合物的天然高分子溶液形成对接区；
[0027]4)在对接区上放置另一组分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和直径最小的上半部分的外皮层模具，按照步骤3)的方法形成下部分的分化区；
[0028]5)在制备好的分化区的上半部分和下半部分外部先后套一个直径较大的第二个下半部和上半部的外皮层模具，在空隙中灌注含干细胞的天然高分子溶液，再次交联或聚合天然高分子，去掉第二个外皮层模具，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0029]6)在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层合成高分子溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能器官拟合体。
[0030]本发明提供的一种所述全功能人工器官拟合体的培养装置，其特征在于:所述培养装置包括至少一个内气囊、一个外气囊、内气囊气体输送装置、外气囊气体输送装置、密封结构、器官拟合体、培养瓶、液体输送装置以及气囊控制器；内气囊气体输送装置和外气囊气体输送装置分别通过气体管路与内气囊和外气囊相连；所述内气囊放置在器官拟合体的内部，器官拟合体放置在外气囊的内部；所述的培养瓶内装有培养液，培养液通过液体管路与器官拟合体相连通；所述的密封结构设置在内气囊和外气囊的入口处；所述的气囊控制器通过控制线路分别与内气囊气体输送装置和外气囊气体输送装置相连。
[0031]本发明所述培养装置，其特征在于:液体输送装置采用液体栗、虹吸管及亲水海绵引流管。
[0032]本发明提供的一种全功能人体器官拟合体的培养方法，其特征在于该方法包括如下步骤:
[0033]I)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工器官拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0034]2)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工器官拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0035]3)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到全功能人体器官拟合体中；
[0036]4)通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面使器官拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布；
[0037]5)内、外气囊膨胀和收缩的幅度控制在0.0l-1Omm之间，节律范围控制在每分钟20-200次；内、外气囊可以沿同一轴心呈辐射状带动器官拟合体膨胀和收缩，或以相反方向拉伸或挤压器官拟合体。
[0038]本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果:本发明利用计算机建模、细胞组装技术可以实现不同细胞和基质材料在空间的准确定位，克服了组织工程目前存在的在三维支架中诱导培养细胞需要时间长，细胞在支架中分布不均匀，细胞很难渗入到深层结构中等缺点。本发明模仿人体中各器官的结构和功能，实现了三维尺度上全功能人工器官拟合体的构建，并通过可控三维应力场训练或培养，促使各器官拟合体中细胞按某一方向排列，形成不同组织区域，提高了全功能人工器官的机械强度，使之具有一些特殊的功能，同时满足了细胞增殖生长及新陈代谢的需要，完成了人工器官拟合体向天然器官方向的转变。此外，本发明还可以模拟各器官中分支动脉、分支静脉和分支神经系统，实现血管系统抗凝血功能、抗缝合功能、心脏栗血功能，从而达到各缺损器官修复再生的目的。
【附图说明】
[0039]图1为全功能人工器官拟合体三维结构示意图。
[0040]图1中:101-外皮层；102_器官主体组织区；103_生长区；104_分化区；105_对接区；106_分支动脉系统；107_分支神经系统；108_分支静脉系统。
[0041]图2全功能人工器官拟合体培养装置的结构原理示意图。
[0042]图2中:I一气囊控制器；2—内气囊气体输送装置；3—外气囊气体输送装置；4一外气囊；5—第一内气囊；6—密封结构；7—第二内气囊；8—器官拟合体；9一培养瓶；10—液体输送装置。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0044]如图1所示，本发明提供的一种全功能人体器官拟合体包括外皮层101和器官主体组织区102 ;所述器官主体组织区包括生长区103、分化区104、对接区105、分支动脉系统106、分支神经系统107和分支静脉系统108 ;所述外皮层101的结构形状模拟动物体各器官的形貌；所述分支动脉系统106、分支神经系统107和分支静脉系统108分布在分化区104内并与外部生长区103和中部对接区105构成主体三维骨架结构；分支动脉系统106包括动脉总管和动脉支管；分支静脉系统108包括静脉总管和静脉支管；动脉支管和静脉支管分别与中部对接区105相连；分支神经系统108包括主神经束和分支神经束；所述的分化区104由含成体细胞的天然高分子水凝胶，或含生长因子和干细胞的天然高分子水凝胶构成；所述成体细胞为心肌细胞、肝细胞、胰岛细胞、星状细胞、成骨细胞、软骨细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞、肾细胞、雪旺氏细胞、神经胶质细胞、上皮细胞、脂肪细胞、脾细胞、子宫细胞和脂肪细胞中的至少一种；所述的干细胞为间充质干细胞、脐带血干细胞、骨髓干细胞、胚胎干细胞和诱导多能干细胞中的至少一种。
[0045]所述的生长区105由含干细胞的天然高分子水凝胶构成；所述的对接区105由含内皮细胞天然高分子水凝胶，或含生长因子的干细胞的天然高分子水凝胶层构成；分支神经系统108穿过对接区105，且连续贯通；所述分支动脉系统106含至少一个液体入口，至少含一个液体出口或没有出口 ；所述分支静脉系统108含至少一个液体入口和至少一个液体出口 ；所述的外皮层101为合成高分子材料，分为上下两部分；分支动脉系统106、分支神经系统107和分支静脉系统108是由3D打印逐层堆积或倒模技术分层灌注的含细胞的天然高分子水凝胶构成。所述器官拟合体的外部形状可以类似于动物体的心脏、肾脏、肝脏、胰脏、乳房、肺、皮肤、耳、子宫、大脑或膀胱等。
[0046]所述分支动脉系统和分支静脉系统含有至少一层内皮细胞组成的血管内皮层，分支神经系统含有至少一种神经细胞组成的纤维束，其中动脉支管和静脉支管的内径为0.01-5mm，分支神经束的直径为0.01-5mm ;所述生长区、分化区和对接区含细胞水凝胶的层厚为 0.01-20mm。
[0047]所述分化区、生长区和对接区的天然高分子水凝胶为质量百分比0.1?20%的海藻酸钠、胶原、右旋糖、纤维蛋白原、活性肽、明胶、壳聚糖、细胞外基质、琼酯糖、层粘连蛋白、硫酸软骨素、卡拉胶、蛋白多糖和透明质酸溶液中的至少一种；在所述的天然高分子水凝胶中复合有质量百分比为0.01?10%的无机盐、抗凝血因子和冻存因子中的一种或多种；所述的外皮层为合成高分子聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚乙二醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物和聚酯和聚羟基酸酯中的至少一种；该合成高分子溶液的溶剂为四乙二醇或1，4- 二氧六环，合成高分子溶液的质量体积百分比为0.1-30%。
[0048]本发明提供的全功能人工器官拟合体的制备方法，其包括如下步骤:
[0049]I)采用计算机三维建模方法分别设计所述全功能人工器官的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统以及外皮层结构。具体表现在:根据人体器官(如心脏、肝脏、肾脏等)的结构及功能特点，利用计算机辅助设计软件(如SolidWorks)设计出全功能人工器官拟合体的外形结构、外皮层模具、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构的三维模型。此模型的特点是:一种对称或不对称的光滑曲面围成的三维结构，此腔体是有一定厚度的含细胞水凝胶组成，水凝胶中含微孔结构，能保证培养液(体外培养)或血液(体内植入)在器官拟合体中流通；
[0050]2)采用3D打印或倒模技术，制备上端开口的整体外皮层模具或含上下两部分外皮层模具、一组分支动脉或分支静脉系统、分支神经系统的三维骨架结构。具体表现在:购买或提取种子细胞，将选定的生物材料溶解于溶液中，制备天然高分子水凝胶，天然高分子水凝胶为含质量百分比0.1?20%的海藻酸钠、胶原、右旋糖、纤维蛋白原、活性肽、明胶、壳聚糖、细胞外基质、琼酯糖、层粘连蛋白、硫酸软骨素、卡拉胶、蛋白多糖和透明质酸溶液中的至少一种；在所述的天然高分子水凝胶中复合有质量百分比为0.01?10%的无机盐、抗凝血因子和冻存因子中的一种或多种；
[0051]3)将上端开口的整体外皮层模具或下部外皮层模具、至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构组合在一起，采用微滴喷射、灌注、注射或浇注技术使含细胞和生长因子的水凝胶排列在三维骨架结构位置上形成部分主体三维骨架结构；在此结构上喷涂或注射含内皮细胞或干细胞/内皮细胞生长因子的天然高分子稀溶液形成对接区；在对接区上将上部外皮层模具、一组分支动脉系统、至少一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构组合在一起，采用微滴喷射、灌注、注射或浇注技术使含细胞和生长因子的水凝胶排列在三维骨架结构位置上形成主体三维骨架结构；
[0052]4)去除上、下两部分外皮层模具，采用粘附、喷涂、或电纺丝技术使一些合成高分子溶液复合到主体三维骨架结构外侧，采用磷酸盐缓冲液、细胞培养基、生理盐水、血清或体液萃取成高分子溶液形成外皮层结构；
[0053]5)采用图2所示培养装置或脉动生物反应器对全功能人工器官拟合体进行体外培养，同时将不同生长因子复合到细胞培养液中(采用鸡尾酒式释放方式)实现其中干细胞的分步诱导，经过一段时间的诱导和训练，一方面各层细胞间在三维正应力的作用下紧密接触，细胞间建立起连接形成组织；另一方面促进了营养物质在此人工器官拟合体中的流通，满足了细胞增殖生长及新陈代谢的需要，完成了人工器官拟合体向特定器官功能的转化。
[0054]本发明所述的制备方法，其具体包括如下两种方案:
[0055]第一种制备方法的具体步骤是:
[0056]I)采用计算机三维建模方法分别设计所述全功能人工器官的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0057]2)采用3D打印或倒模技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；分别配制含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物天然高分子水溶液、含干细胞的天然高分子水溶液和含内皮细胞天然高分子水溶液，其中天然高分子水溶液质量百分比为0.1_20%，细胞在天然高分子水溶液中的密度为IXlO2 7个/mL ;
[0058]3)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物的天然高分子水溶液，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂或注射含内皮细胞或干细胞和生长因子混合物的天然高分子溶液形成对接区；
[0059]4)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤3)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0060]5)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含干细胞的天然高分子溶液，再次交联或聚合天然高分子，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0061]6)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层合成高分子溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能器官拟合体。
[0062]本发明提供的另一种制备方法的步骤是:
[0063]I)采用计算机三维建模方法分别设计所述全功能人工器官的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0064]2)采用3D打印或倒模技术，制备不同直径的外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构，其中不同直径的外皮层模具分为上下两部分；分别配制含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物天然高分子水溶液、含干细胞的天然高分子水溶液和含内皮细胞天然高分子水溶液，其中天然高分子溶液质量百分比为0.1_20%，细胞在天然高分子水溶液中的密度为IX 12 7个/mL ;
[0065]3)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的下半部分的外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和下半部分的外皮层模具间灌注含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物的天然高分子水溶液，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂或注射含内皮细胞或干细胞和生长因子混合物的天然高分子溶液形成对接区；
[0066]4)在对接区上放置另一组分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和直径最小的上半部分的外皮层模具，按照步骤3)的方法形成下部分的分化区；
[0067]5)在制备好的分化区的上半部分和下半部分外部先后套一个直径较大的第二个下半部和上半部的外皮层模具，在空隙中灌注含干细胞的天然高分子溶液，再次交联或聚合天然高分子，去掉第二个外皮层模具，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0068]6)在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层合成高分子溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能器官拟合体。
[0069]图2为全功能人工器官拟合体培养装置的结构原理示意图，该培养装置包括至少一个内气囊、一个外气囊、内气囊气体输送装置2、外气囊气体输送装置3、密封结构6、器官拟合体8、培养瓶9、液体输送装置10以及气囊控制器I ;内气囊气体输送装置2和外气囊气体输送装置3分别通过气体管路与内气囊和外气囊相连；所述内气囊放置在器官拟合体8的内部，器官拟合体8放置在外气囊4的内部；所述的培养瓶9内装有培养液，培养液通过液体管路与器官拟合体相连通；所述的密封结构6设置在内气囊和外气囊4的入口处；所述的气囊控制器I通过控制线路分别与内气囊气体输送装置2和外气囊气体输送装置3相连。
[0070]利用培养装置对全功能人工器官拟合体进行培养，其具体做法是:
[0071]I)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工器官拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0072]2)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工器官拟合体一起放入外气囊4中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊7通过气体管路与内气囊气体输送装置2，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置3相连；
[0073]3)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构6将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置10将细胞培养液输送到全功能人体器官拟合体中；
[0074]4)通过气囊控制器I控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面使器官拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布；
[0075]5)内、外气囊膨胀和收缩的幅度控制在0.0l-1Omm之间，节律范围控制在每分钟20-200次；内、外气囊可以沿同一轴心呈辐射状带动器官拟合体膨胀和收缩，或以相反方向拉伸或挤压器官拟合体。
[0076]通过气体控制器I控制气体在内外气囊中的流动，从而控制内外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围。当外气囊膨胀、内气囊收缩时，人工器官拟合体受到三维压应力的作用，向腔内收缩，同时营养液通过多孔及血管通道由腔外向腔内流动。当外气囊收缩、内气囊膨胀时，人工器官拟合体受到三维拉应力的作用，向腔外膨胀，同时营养液通过多孔及血管通道由腔内向腔外流动。经过一段时间的训练，一方面各层细胞间在三维正应力的作用下紧密接触，细胞间建立起连接形成组织；另一方面促进了营养物质在此人工器官拟合体中的流通，满足了细胞增殖生长及新陈代谢的需要，完成了人工器官拟合体向特定器官功能的转化。
[0077]下面举出的几个实施例以进一步理解本发明
[0078]实施例1:全功能人工心脏拟合体及其制备和培养方法
[0079]a)采用计算机三维建模方法分别设计人工心脏的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；其中人工心脏外形是由光滑曲面围成的呈上大下小的“椰子”状的三维结构，内部具有两心房、两心室，每个心房、心室分别有与外界相连的营养通道；
[0080]b)分别配制质量百分比为1%的纤维蛋白原溶液；将成心肌细胞、脂肪干细胞、雪旺氏细胞分别与该溶液混合，混合后的心肌细胞密度为12个/mL，脂肪干细胞密度为16个/mL，雪旺氏细胞密度为13个/mL ;其中加入质量百分比为3%的细胞冻存剂甘油，质量百分比为0.1%的内皮细胞生长因子，质量百分比为I %的抗凝血剂肝素；将含细胞的纤维蛋白原溶液装载到复合多喷头三维打印设备的挤压喷头组件中；采用倒模技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；
[0081]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注含心肌细胞、甘油、肝素溶液，用质量百分比为1%的凝血酶聚合纤维蛋白原分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂含脂肪干细胞密度的纤维蛋白原溶液形成对接区；
[0082]d)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤c)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0083]e)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含脂肪干细胞的纤维蛋白原溶液，用质质量百分比为1%的凝血酶聚合纤维蛋白原分子，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0084]f)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层质量体积百分比为10%合成高分子聚氨酯溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能人工心脏拟合体。
[0085]g)制作两个内气囊(第一内气囊5和第二内气囊7)和外气囊4，使内气囊的形状与全功能人工心脏拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0086]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工心脏拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0087]i)向内气囊和外气囊4中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到人工心脏拟合体中；
[0088]j)将内、外气囊沿同一轴向相同方向拉伸或挤压人工心脏拟合体，将膨胀和收缩的幅度控制在0.2_，节律控制在每分钟120次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面人工心脏拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0089]实施例2:全功能人工心房拟合体及其制备和培养方法
[0090]a)采用计算机三维建模方法设计全功能人工心房的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0091]b)采用倒模技术，制备不同直径的外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构，其中不同直径的外皮层模具分为上下两部分；分别配制含心肌细胞、脂肪干细胞、雪旺氏细胞的1%纤维蛋白原混合物，混合后的心肌细胞密度为13个/mL，脂肪干细胞密度为15个/mL，雪旺氏细胞密度为10 7个/mL ;其中加入质量百分比为5%的细胞冻存剂甘油，质量百分比为0.2%的内皮细胞生长因子，质量百分比为1%的抗凝血剂肝素；
[0092]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的下半部分的外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和下半部分的外皮层模具间灌注含心肌细胞和脂肪干细胞的纤维蛋白原混合物，用质量百分比为1%的凝血酶聚合纤维蛋白原分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂或注射含脂肪干细胞和内皮生长因子纤维蛋白原混合物形成对接区；
[0093]d)在对接区上放置另一组分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和直径最小的上半部分的外皮层模具，按照步骤c)的方法形成下部分的分化区；
[0094]e)在制备好的分化区的上半部分和下半部分外部先后套一个直径较大的第二个下半部和上半部的外皮层模具，在空隙中灌注含脂肪干细胞的纤维蛋白原溶液，再次用质量百分比为I %的凝血酶聚合纤维蛋白原分子，去掉第二个外皮层模具，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0095]f)在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层合成质量体积百分比为I %高分子聚氨酯，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能人工心房；
[0096]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工心房拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0097]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工心房拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0098]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到人工心房拟合体中；
[0099]j)将内、外气囊沿同一轴向相反方向拉伸或挤压人工心房拟合体，将膨胀和收缩的幅度控制在0.1mm，节律控制在每分钟100次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面人工心房拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0100]实施例3:全功能人工肝脏拟合体及其制备和培养方法
[0101]a)采用计算机三维建模方法设计全功能人工肝脏的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0102]b)采用倒模技术，制备不同直径的外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构，其中不同直径的外皮层模具分为上下两部分；分别配制含肝细胞、肝干细胞、脂肪干细胞、雪旺氏细胞、星状细胞、胆管上皮细胞的1%海藻酸钠混合物，混合后的肝细胞、肝干细胞、脂肪干细胞、雪旺氏细胞、星状细胞、胆管上皮细胞密度为16个/mL ;其中加入质量百分比为6%的细胞冻存剂甘油，质量百分比为0.1 %的内皮细胞生长因子，质量百分比为1%的抗凝血剂肝素；
[0103]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的下半部分的外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和下半部分的外皮层模具间灌注含肝细胞和肝干细胞的海藻酸钠混合物，用质量百分比为I %的氯化钙溶液交联海藻酸钠分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂或注射含脂肪干细胞和生长因子纤维蛋白原混合物形成对接区；
[0104]d)在对接区上放置另一组分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和直径最小的上半部分的外皮层模具，按照步骤c)的方法形成下部分的分化区；
[0105]e)在制备好的分化区的上半部分和下半部分外部先后套一个直径较大的第二个下半部和上半部的外皮层模具，在空隙中灌注含肝干细胞和脂肪干细胞的海藻酸钠溶液，用质量百分比为I %的氯化钙溶液交联海藻酸钠分子，去掉第二个外皮层模具，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0106]f)在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层合成质量体积百分比为I %高分子聚氨酯，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能器官拟合体；
[0107]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工肝脏拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0108]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工肝脏拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0109]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到人工肝脏拟合体中；
[0110]j)将内、外气囊沿同一轴向相反方向拉伸或挤压人工肝脏拟合体，将膨胀和收缩的幅度控制在0.5mm,节律控制在每分钟80次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面人工肝脏拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0111]实施例4:全功能人工肾脏拟合体及其制备和培养方法
[0112]a)采用计算机三维建模方法设计全功能人工肾脏的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0113]b)采用倒模技术，制备不同直径的外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构，其中不同直径的外皮层模具分为上下两部分；分别配制含心肌细胞、脂肪干细胞、雪旺氏细胞的1%纤维蛋白原混合物，混合后的心肌细胞密度为13个/mL，脂肪干细胞密度为15个/mL，雪旺氏细胞密度为10 7个/mL ;其中加入质量百分比为5%的细胞冻存剂甘油，质量百分比为0.2%的内皮细胞生长因子，质量百分比为1%的抗凝血剂肝素；
[0114]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的下半部分的外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和下半部分的外皮层模具间灌注含心肌细胞和脂肪干细胞的纤维蛋白原混合物，用质量百分比为1%的凝血酶聚合纤维蛋白原分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂或注射含脂肪干细胞和内皮生长因子纤维蛋白原混合物形成对接区；
[0115]d)在对接区上放置另一组分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和直径最小的上半部分的外皮层模具，按照步骤c)的方法形成下部分的分化区；
[0116]e)在制备好的分化区的上半部分和下半部分外部先后套一个直径较大的第二个下半部和上半部的外皮层模具，在空隙中灌注含脂肪干细胞的纤维蛋白原溶液，再次用质量百分比为I %的凝血酶聚合纤维蛋白原分子，去掉第二个外皮层模具，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0117]f)在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层合成质量体积百分比为1%高分子聚氨酯，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能人工肾脏拟合体。
[0118]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工肾脏拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0119]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工肾脏拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0120]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到人工肾脏拟合体中；
[0121]j)将内、外气囊沿同一轴向相反方向拉伸或挤压人工肾脏拟合体，将膨胀和收缩的幅度控制在0.1mm，节律控制在每分钟100次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面人工肾脏拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0122]实施例5:全功能人工胰脏拟合体及其制备和培养方法
[0123]a)采用计算机三维建模方法设计全功能人工肾脏的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0124]b)采用倒模技术，制备不同直径的外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构，其中不同直径的外皮层模具分为上下两部分；分别配制含胰岛细胞(β细胞)、脂肪干细胞、雪旺氏细胞的1%纤维蛋白原混合物，混合后的胰岛细胞(β细胞)密度为13个/mL，脂肪干细胞密度为10 5个/mL，雪旺氏细胞密度为10 7个/mL ;其中加入质量百分比为5%的细胞冻存剂甘油，质量百分比为0.2%的内皮细胞生长因子，质量百分比为I %的抗凝血剂肝素；
[0125]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的下半部分的外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和下半部分的外皮层模具间灌注含胰岛细胞(β细胞)和脂肪干细胞的纤维蛋白原混合物，用质量百分比为1%的凝血酶聚合纤维蛋白原分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂或注射含脂肪干细胞和内皮生长因子纤维蛋白原混合物形成对接区；
[0126]d)在对接区上放置另一组分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和直径最小的上半部分的外皮层模具，按照步骤c)的方法形成下部分的分化区；
[0127]e)在制备好的分化区的上半部分和下半部分外部先后套一个直径较大的第二个下半部和上半部的外皮层模具，在空隙中灌注含脂肪干细胞的纤维蛋白原溶液，再次用质量百分比为I %的凝血酶聚合纤维蛋白原分子，去掉第二个外皮层模具，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0128]f)在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层合成质量体积百分比为I %高分子聚氨酯，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能人工胰脏拟合体；
[0129]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工胰脏拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0130]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工胰脏拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0131]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到人工胰脏拟合体中；
[0132]j)将内、外气囊沿同一轴向相反方向拉伸或挤压人工胰脏拟合体，将膨胀和收缩的幅度控制在0.8mm，节律控制在每分钟70次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面人工胰脏拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0133]实施例6:全功能人工乳房拟合体及其制备和培养方法
[0134]a)采用计算机三维建模方法分别设计人工乳房的外形结构、分支动脉系统结构、 分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0135]b)分别配制质量百分比为1%的海藻酸钠、1%的卡拉胶溶液；将成脂肪细胞、月旨肪干细胞、雪旺氏细胞分别与该溶液混合，混合后的脂肪密度为1〇6个/mL，脂肪干细胞密度为1〇3个/mL，雪旺氏细胞密度为10 4个/mL ;其中加入质量百分比为1 %的细胞冻存剂甘油，质量百分比为0.2%的内皮细胞生长因子，质量百分比为1%的抗凝血剂肝素；将含细胞的海藻酸钠和细胞外基质溶液装载到复合多喷头三维打印设备的挤压喷头组件中；采用 3D打印技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；
[0136]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体夕卜皮层模具间灌注脂肪、甘油、肝素、卡拉胶和海藻酸钠混合物，用质量百分比为1%的氯化钙溶液交联海藻酸钠分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂含脂肪干细胞和内皮细胞生长因子的海藻酸钠溶液形成对接区；
[0137]d)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、 分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤c)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0138]e)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含脂肪细胞的海藻酸钠溶液，用质量百分比为1 %的氯化钙溶液交联海藻酸钠，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0139]f)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层质量体积百分比为5%合成高分子聚碳酸酯溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能人工肺拟合体。
[0140]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工乳房拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0141]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工乳房拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0142]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到人工乳房拟合体中；
[0143]j)将内、外气囊沿相同方向拉伸或挤压人工乳房拟合体，将膨胀和收缩的幅度控制在0.6_，节律控制在每分钟180次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面人工乳房拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0144]实施例7:全功能人工肺拟合体及其制备和培养方法
[0145]a)采用计算机三维建模方法分别设计人工肺的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0146]b)分别配制质量百分比为1 %的海藻酸钠、1 %的卡拉胶溶液；将成肺上皮细胞、 脂肪干细胞、雪旺氏细胞分别与该溶液混合，混合后的肺上皮细胞密度为1〇6个/mL，脂肪干细胞密度为1〇3个/mL，雪旺氏细胞密度为10 4个/mL ;其中加入质量百分比为1 %的细胞冻存剂甘油，质量百分比为0.2%的内皮细胞生长因子，质量百分比为1%的抗凝血剂肝素；将含细胞的海藻酸钠和细胞外基质溶液装载到复合多喷头三维打印设备的挤压喷头组件中；采用3D打印技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；
[0147]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注肺上皮细胞、甘油、肝素、卡拉胶和海藻酸钠混合物，用质量百分比为1% 的氯化钙溶液交联海藻酸钠分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂含脂肪干细胞和内皮细胞生长因子的海藻酸钠溶液形成对接区；
[0148]d)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、 分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤c)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0149]e)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含脂肪干细胞的海藻酸钠溶液，用质量百分比为1 %的氯化钙溶液交联海藻酸钠，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0150]f)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层质量体积百分比为5%合成高分子聚碳酸酯溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能人工肺拟合体。
[0151]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工肺拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0152]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工肺拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0153]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到人工肺拟合体中；
[0154]j)将内、外气囊沿相同方向拉伸或挤压人工肺拟合体，将膨胀和收缩的幅度控制在0.6_，节律控制在每分钟180次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面人工肺拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0155]实施例8:人工骨拟合体及其制备和培养方法
[0156]a)采用计算机三维建模方法分别设计大段人工骨的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0157]b)分别配制质量百分比为2%的右旋糖、1%的壳聚糖和1%纤维蛋白原溶液，其中复合质量百分比为10%的羟基磷灰石；将成骨细胞、骨髓干细胞、雪旺氏细胞分别与该混合物混合，混合后的成骨细胞密度为1〇2个/mL，骨髓干细胞密度为10 3个/mL，雪旺氏细胞密度为1〇6个/mL ;将含细胞的海藻酸钠和细胞外基质溶液装载到复合多喷头三维打印设备的挤压喷头组件中；采用3D打印技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、 分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；
[0158]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注含成骨细胞和羟基磷灰石的纤维蛋白原混合物，用质量百分比为1%的凝血酶溶液聚合纤维蛋白原分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂含骨髓干细胞和羟基磷灰石和的纤维蛋白原溶液形成对接区；
[0159]d)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、 分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤c)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0160]e)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含脂肪干细胞的右旋糖、壳聚糖、纤维蛋白原和羟基磷灰石混合物，用质量百分比为1% 的凝血酶溶液聚合纤维蛋白原分子，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0161]f)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层质量体积百分比为10%合成高分子聚丙烯溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能人工骨拟合体。
[0162]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工骨拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0163]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工骨拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0164]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到人工骨拟合体中；
[0165]j)将内、外气囊沿相反方向拉伸或挤压人工骨拟合体，将膨胀和收缩的幅度控制在0.1mm，节律控制在每分钟120次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面人工骨拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0166]实施例9:人工膀胱拟合体及其制备和培养方法
[0167]a)采用计算机三维建模方法分别设计人工膀胱的外形结构、分支动脉系统结构、 分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0168]b)分别配制质量百分比为2%的海藻酸钠、1%的活性肽和1%细胞外基质溶液； 将成纤维细胞、脂肪干细胞、雪旺氏细胞分别与该溶液混合，混合后的成纤维细胞密度为 102个/mL，脂肪干细胞密度为10 3个/mL，雪旺氏细胞密度为10 6个/mL ;其中加入质量百分比为3%的细胞冻存剂甘油，质量百分比为0.1 %的内皮细胞生长因子，质量百分比为1 % 的抗凝血剂肝素；将含细胞的海藻酸钠和细胞外基质溶液装载到复合多喷头三维打印设备的挤压喷头组件中；采用3D打印技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；
[0169]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注含成纤维细胞、海藻酸钠、甘油、肝素和细胞外基质溶液，用质量百分比为1 %的氯化钙溶液交联海藻酸钠分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂含内皮细胞的海藻酸钠溶液形成对接区；
[0170]d)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、 分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤c)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0171]e)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含脂肪干细胞的海藻酸钠溶液，用质量百分比为1 %的氯化钙溶液交联海藻酸钠，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0172]f)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层质量体积百分比为20%合成高分子聚乙烯溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能人工膀胱拟合体。
[0173]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工膀胱拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；[〇174] h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工膀胱拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0175]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到人工膀胱拟合体中；
[0176]j)将内、外气囊沿相反方向拉伸或挤压人工膀胱拟合体，将膨胀和收缩的幅度控制在1_，节律控制在每分钟60次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面人工膀胱拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0177]实施例10:全功能人工耳拟合体及其制备和培养方法
[0178]a)采用计算机三维建模方法分别设计人工耳的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0179]b)分别配制质量百分比为1%的I型胶原、0.1%的硫酸软骨素和0.2%的透明质酸溶液；将骨髓干细胞、内皮细胞、雪旺氏细胞、软骨细胞分别与该溶液混合，混合后的脂肪干细胞密度为1〇5个/mL，内皮细胞密度为10 6个/mL，雪旺氏细胞密度为106个/mL，软骨细胞密度为1〇3个/mL ;在含脂肪干细胞的I型胶原溶液中加入0.01 %的内皮细胞生长因子； 将含不同细胞高分子溶液或混合物装载到复合多喷头三维打印设备的挤压喷头组件中；采用3D打印技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；
[0180]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注含软骨细胞的I型胶原、硫酸软骨素和透明质酸溶液，用1%的氢氧化钠溶液聚合其中的I型胶原分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂含骨髓干细胞和内皮细胞生长因子的I型胶原溶液形成对接区；
[0181]d)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、 分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤c)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0182]e)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含骨髓干细胞的I型胶原和硫酸软骨素溶液，用质量百分比为1 %的氢氧化钠溶液聚合其中的I型胶原分子，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0183]f)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层质量体积百分比为10%的合成高分子聚乙烯溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能人工耳拟合体。
[0184]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工耳拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0185]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工耳拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0186]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到人工耳拟合体中；
[0187]j)将内、外气囊沿同一轴心呈辐射状带动人工耳拟合体膨胀和收缩，膨胀和收缩的幅度控制在〇.5_，节律控制在每分钟200次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面人工耳拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0188]实施例11:人工脾脏拟合体及其制备和培养方法
[0189]a)采用计算机三维建模方法分别设计人工脾脏的外形结构、分支动脉系统结构、 分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0190]b)分别配制质量百分比为3%的纤维蛋白原溶液；将脂肪干细胞、内皮细胞、雪旺氏细胞、脾细胞分别与该溶液混合，混合后的脐带血干细胞密度为1〇5个/mL，内皮细胞密度为106个/mL，雪旺氏细胞密度为106个/mL，脾细胞密度为103个/mL ;在含脐带血干细胞纤维蛋白原溶液中加入〇.01 %的内皮细胞生长因子；将含不同细胞高分子溶液或混合物装载到复合多喷头三维打印设备的挤压喷头组件中；采用3D打印技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；
[0191]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注含脂肪干细胞和内皮细胞生长因子的纤维蛋白原溶液，用质量百分比为 10%的凝血酶溶液聚合纤维蛋白原分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂含脐带血干细胞和内皮细胞生长因子的纤维蛋白原溶液形成对接区；
[0192]d)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、 分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤c)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0193]e)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含脐带血干细胞的纤维蛋白原溶液，用质量百分比为10%的凝血酶溶液聚合纤维蛋白原分子，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0194]f)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层质量体积百分比为1%的合成高分子聚己内酯溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能脾脏拟合体。
[0195]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能脾脏拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0196]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能脾脏拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0197]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到脾脏拟合体中；
[0198]j)将内、外气囊沿同一轴心呈辐射状带动脾脏拟合体膨胀和收缩，膨胀和收缩的幅度控制在0.5mm，节律控制在每分钟200次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面脾脏拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0199]实施例12:人工大脑拟合体及其制备和培养方法[〇2〇〇] a)采用计算机三维建模方法分别设计人工大脑的外形结构、分支动脉系统结构、 分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0201]b)配制质量百分比为2%的纤维蛋白原溶液；将内皮细胞、骨髓干细胞、雪旺氏细胞、神经胶质细胞分别与该溶液混合，混合后的内皮细胞密度为1〇5个/mL，骨髓干细胞密度为106个/mL，神经胶质细胞和雪旺氏细胞密度为106个/mL ;在含骨髓干细胞纤维蛋白原溶液中加入0.01%的内皮细胞生长因子和10%的磷酸钙；将含不同细胞高分子溶液或混合物装载到复合多喷头三维打印设备的挤压喷头组件中；采用3D打印技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；
[0202]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注含骨髓干细胞、内皮细胞生长因子和磷酸钙的纤维蛋白原溶液，用质量百分比为10%的凝血酶溶液聚合纤维蛋白原分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂含骨髓干细胞、内皮细胞生长因子和磷酸钙的纤维蛋白原溶液形成对接区；
[0203]d)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、 分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤c)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0204]e)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含骨髓干细胞和磷酸钙的纤维蛋白原溶液，用质量百分比为10%的凝血酶溶液聚合纤维蛋白原分子，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0205]f)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层质量体积百分比为30%的合成高分子聚乳酸-羟基乙酸共聚物溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能子宫拟合体。
[0206]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能大脑拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0207]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能大脑拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0208]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到大脑拟合体中；
[0209]j)将内、外气囊沿同一轴心呈辐射状带动大脑拟合体膨胀和收缩，膨胀和收缩的幅度控制在1_，节律控制在每分钟80次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面大脑拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。[〇21〇] 实施例13:子宫拟合体及其制备和培养方法
[0211]a)采用计算机三维建模方法分别设计人工子宫的外形结构、分支动脉系统结构、 分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0212]b)配制质量体积浓度为1%的海藻酸钠溶液；将成纤维细胞、脂肪干细胞、雪旺氏细胞分别与该溶液混合，混合后的纤维细胞密度为1〇2个/mL，脂肪干细胞密度为10 3个/ mL，雪旺氏细胞密度为106个/mL ;将含细胞高分子溶液装载到复合多喷头三维打印设备的挤压喷头组件中；采用3D打印技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；
[0213]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注含成纤维细胞的海藻酸钠溶液，用质量百分比为1 %的氯化钙溶液交联海藻酸钠分子，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂含内皮细胞的海藻酸钠溶液形成对接区；
[0214]d)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、 分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤c)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0215]e)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含脂肪干细胞的海藻酸钠溶液，用质量百分比为1 %的氯化钙溶液交联海藻酸钠，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0216]f)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层质量体积百分比为1 %合成高分子聚氨酯溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能子宫拟合体。
[0217]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能子宫拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0218]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能子宫拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0219]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到子宫拟合体中；
[0220]j)将内、外气囊沿相反方向拉伸或挤压子宫拟合体，将膨胀和收缩的幅度控制在 1mm，节律控制在每分钟60次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面子宫拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
[0221]实施例14:人工皮肤拟合体及其制备和培养方法
[0222]a)采用计算机三维建模方法分别设计人工皮肤的外形结构、分支动脉系统结构、 分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构；
[0223]b)分别配制质量体积浓度为0.1%的壳聚糖与20%的明胶溶液，将这两种溶液按体积比1:1混合；将成纤维细胞、脂肪干细胞、雪旺氏细胞分别与该溶液混合，混合后的纤维细胞密度为1〇7个/mL，脂肪干细胞密度为10 4个/mL，雪旺氏细胞密度为106个/mL ;将含细胞高分子溶液装载到复合多喷头三维打印设备的挤压喷头组件中；采用3D打印技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；
[0224]c)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注含成纤维细胞的壳聚糖与明胶混合液，用质量百分比为1 %的多聚磷酸钙溶液交联壳聚糖，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂含内皮细胞的壳聚糖与明胶混合液形成对接区；
[0225]d)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、 分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤c)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具；
[0226]e)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含脂肪干细胞的壳聚糖与明胶混合液，用质量百分比为1 %的多聚磷酸钙溶液再次交联壳聚糖分子，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构；
[0227]f)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层质量体积百分比为〇.1 %合成高分子聚氨酯溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能皮肤拟合体。
[0228]g)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能皮肤拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用；
[0229]h)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能皮肤拟合体一起放入外气囊中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊通过气体管路与内气囊气体输送装置，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置相连；
[0230]i)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置将细胞培养液输送到皮肤拟合体中；
[0231]j)将内、外气囊沿同一轴心呈辐射状带动皮肤拟合体膨胀和收缩，膨胀和收缩的幅度控制在0.01mm，节律控制在每分钟20次；通过气囊控制器控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面皮肤拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布。
【主权项】
1.一种全功能人体器官拟合体，其特征在于:所述全功能人工器官拟合体包括外皮层(101)和器官主体组织区(102);所述器官主体组织区包括生长区(103)、分化区(104)、对接区(105)、分支动脉系统(106)、分支神经系统(107)和分支静脉系统(108);所述外皮层(101)的结构形状模拟动物体各器官的形貌；所述分支动脉系统(106)、分支神经系统(107)和分支静脉系统(108)分布在分化区(104)内并与外部生长区(103)和中部对接区(105)构成主体三维骨架结构；分支动脉系统(106)包括动脉总管和动脉支管；分支静脉系统(108)包括静脉总管和静脉支管；动脉支管和静脉支管分别与中部对接区(105)相连；分支神经系统(108)包括主神经束和分支神经束；所述的分化区(104)由含成体细胞的天然高分子水凝胶，或含生长因子和干细胞的天然高分子水凝胶构成；所述的生长区(105)由含干细胞的天然高分子水凝胶构成；所述的对接区(105)由含内皮细胞天然高分子水凝胶，或含生长因子和干细胞的天然高分子水凝胶层构成；分支神经系统(108)穿过对接区(105)，且连续贯通；所述分支动脉系统(106)含至少一个液体入口，至少含一个液体出口或没有出口 ；所述分支静脉系统(108)含至少一个液体入口和至少一个液体出口 ；所述的外皮层(101)为合成高分子材料，分为上下两部分；分支动脉系统(106)、分支神经系统(107)和分支静脉系统(108)是由3D打印逐层堆积或倒模技术分层灌注的含细胞的天然高分子水凝胶构成。2.如权利要求1所述的一种全功能人工器官拟合体，其特征在于:所述分支动脉系统和分支静脉系统含有至少一层内皮细胞组成的血管内皮层，分支神经系统含有至少一种神经细胞组成的纤维束，其中动脉支管和静脉支管的内径为0.01-5_，分支神经束的直径为0.01-5mm ;所述生长区、分化区和对接区含细胞水凝胶的层厚为0.01_20mm。3.如权利要求1或2所述的一种全功能人工器官拟合体，其特征在于:所述器官拟合体的外部形状类似于动物体的心脏、肾脏、肝脏、胰脏、乳房、肺、皮肤、耳、子宫、大脑或膀胱。4.如权利要求1所述的全功能人工器官拟合体，其特征在于:所述分化区、生长区和对接区的天然高分子水凝胶为质量百分比0.1?20%的海藻酸钠、胶原、右旋糖、纤维蛋白原、活性肽、明胶、壳聚糖、细胞外基质、琼酯糖、层粘连蛋白、硫酸软骨素、卡拉胶、蛋白多糖和透明质酸溶液中的至少一种；在所述的天然高分子水凝胶中复合有质量百分比为0.01?10%的无机盐、抗凝血因子和冻存因子中的一种或多种；所述的外皮层为合成高分子聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚己内酯、聚碳酸酯、聚乙二醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物和聚酯和聚羟基酸酯中的至少一种；该合成高分子溶液的溶剂为四乙二醇或1，4-二氧六环，合成高分子溶液的质量体积百分比为0.1-30%。5.如权利要求1所述的一种全功能人工器官拟合体，其特征在于:所述成体细胞为心肌细胞、肝细胞、胰岛细胞、星状细胞、成骨细胞、软骨细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞、肾细胞、雪旺氏细胞、神经胶质细胞、上皮细胞、脂肪细胞、脾细胞、子宫细胞和脂肪细胞中的至少一种；所述的干细胞为间充质干细胞、脐带血干细胞、骨髓干细胞、胚胎干细胞和诱导多能干细胞中的至少一种。6.一种如权利要求1所述全功能人工器官拟合体的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤: I)采用计算机三维建模方法分别设计所述全功能人工器官的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构； 2)采用3D打印或倒模技术，制备上端开口的不同直径的整体外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构；分别配制含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物天然高分子水溶液、含干细胞的天然高分子水溶液和含内皮细胞天然高分子水溶液，其中天然高分子水溶液质量百分比为0.1_20%，细胞在天然高分子水溶液中的密度为I X 12 7个/ml ； 3)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的整体外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统与整体外皮层模具间灌注含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物的天然高分子水溶液，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂或注射含内皮细胞或干细胞和生长因子混合物的天然高分子溶液形成对接区； 4)在对接区上部放置一组分支静脉系统和分支神经系统，或放置分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统，从整体外皮层模具上端开口处按步骤3)的方法形成上部分的分化区，去掉直径最小的整体外皮层模具； 5)在制备好的分化区的外部套一个直径较大的第二整体外皮层模具，在空隙中灌注含干细胞的天然高分子溶液，再次交联或聚合天然高分子，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构； 6)去掉第二整体外皮层模具，在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层合成高分子溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能器官拟合体。7.一种如权利要求1所述全功能人工器官拟合体的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤: 1)采用计算机三维建模方法分别设计所述全功能人工器官的外形结构、分支动脉系统结构、分支静脉系统结构、分支神经系统结构以及外皮层结构； 2)采用3D打印或倒模技术，制备不同直径的外皮层模具、分支动脉系统、分支静脉系统和分支神经系统的三维骨架结构，其中不同直径的外皮层模具分为上下两部分；分别配制含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物天然高分子水溶液、含干细胞的天然高分子水溶液和含内皮细胞天然高分子水溶液，其中天然高分子溶液质量百分比为0.1-20%,细胞在天然高分子水溶液中的密度为I X 12 7个/ml ； 3)将至少一组分支动脉系统、一组分支静脉系统和分支神经系统三维骨架结构放在直径最小的下半部分的外皮层模具内，在分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和下半部分的外皮层模具间灌注含成体细胞或含生长因子和干细胞的混合物的天然高分子水溶液，形成下部分的分化区，在此结构上喷涂或注射含内皮细胞或干细胞和生长因子混合物的天然高分子溶液形成对接区； 4)在对接区上放置另一组分支动脉系统、分支静脉系统、分支神经系统和直径最小的上半部分的外皮层模具，按照步骤3)的方法形成下部分的分化区； 5)在制备好的分化区的上半部分和下半部分外部先后套一个直径较大的第二个下半部和上半部的外皮层模具，在空隙中灌注含干细胞的天然高分子溶液，再次交联或聚合天然高分子，去掉第二个外皮层模具，形成含分化区和生长区的主体三维骨架结构； 6)在含分化区和生长去的主体三维骨架结构外涂覆一层合成高分子溶液，萃取有机溶剂形成含外皮层结构的全功能器官拟合体。8.一种如权利要求1所述全功能人工器官拟合体的培养装置，其特征在于:所述培养装置包括至少一个内气囊、一个外气囊、内气囊气体输送装置(2)、外气囊气体输送装置(3)、密封结构￠)、器官拟合体(8)、培养瓶(9)、液体输送装置(10)以及气囊控制器(I);内气囊气体输送装置(2)和外气囊气体输送装置(3)分别通过气体管路与内气囊和外气囊相连；所述内气囊放置在器官拟合体(8)的内部，器官拟合体(8)放置在外气囊(4)的内部；所述的培养瓶(9)内装有培养液，培养液通过液体管路与器官拟合体相连通；所述的密封结构(6)设置在内气囊和外气囊(4)的入口处；所述的气囊控制器(I)通过控制线路分别与内气囊气体输送装置(2)和外气囊气体输送装置(3)相连。9.如权利要求8所述一种全功能人工器官拟合体的培养装置，其特征在于:液体输送装置(10)采用液体栗、虹吸管及亲水海绵引流管。10.一种采用如权利要求8所述装置的全功能人体器官拟合体的培养方法，其特征在于该方法包括如下步骤: 1)制作内气囊和外气囊，使内气囊的形状与全功能人工器官拟合体中动脉系统和静脉系统的形状一致，消毒后待用； 2)在分支动脉系统和分支静脉系统内分别放入内气囊，然后将带有内气囊的全功能人工器官拟合体一起放入外气囊(4)中，分支动脉内气囊和分支静脉内气囊(7)通过气体管路与内气囊气体输送装置(2)，外气囊通过气体管路与外气囊气体输送装置(3)相连； 3)向内气囊和外气囊中注入气体，使气囊膨胀，并通过密封结构(6)将内、外气囊开口处进行密封；在培养瓶中加入细胞培养液，通过液体输送装置(10)将细胞培养液输送到全功能人体器官拟合体中； 4)通过气囊控制器(I)控制内、外气囊膨胀和收缩的幅度和节律范围，使内、外气囊在膨胀和收缩过程中，一方面使培养液通过器官拟合体中水凝胶的微孔结构进行流动或渗透，满足各区细胞生长增殖和新陈代谢的需要，另一方面使器官拟合体受到三维拉压应力作用，细胞间建立连接并定向生长和排布； 5)内、外气囊膨胀和收缩的幅度控制在0.0l-1Omm之间，节律范围控制在每分钟20-200次；内、外气囊可以沿同一轴心呈辐射状带动器官拟合体膨胀和收缩，或以相反方向拉伸或挤压器官拟合体。
【文档编号】C12N5/071GK105985925SQ201510096765
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月4日
【发明人】刘畅
【申请人】刘畅