中空水凝胶纤维的制备及构建分支血管单元的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种动物体组织血管化的构建方法，特别是涉及一种利用生物组织纤维制造血管结构的方法，应用于生物制造技术领域。
【背景技术】
[0002]大段骨缺损一直是威胁人类生命健康的医学难题，随着骨组织工程技术的发展，骨组织工程的再生修复有了很大的进展，但是由于骨组织本身结构的复杂性，在构建较大体积组织工程骨方面还存在较多的问题，其中最主要的就是缺血坏死。随着细胞工程技术和生物制造技术的发展，越来越多的研宄开始尝试符合生理学要求的大块组织工程骨，因此血管化的构建是保证大块组织工程骨生物学功能的关键因素。类血管结构网络的构建是目前在生物制造领域解决血管化问题的有效途径之一，类血管结构对于组织内细胞的营养供给、气体交换、生长因子和蛋白质的传递以及细胞的新陈代谢有着极其重要的意义。
[0003]目前，众多研宄采用海藻酸钠和氯化钙进行交联来获得中空水凝胶纤维，以此来获得类血管的单根管结构，在此基础上，采用中空水凝胶纤维来搭接中空支架来获得类血管结构网络。但此过程是由单根中空纤维从头到尾搭接完成，并不存在血管分支结构。而在人体骨组织的血管网结构中，是由许多分支血管构成的。因此，此种方法并不能有效的解决血管化问题。
[0004]在解决血管化分支问题方面，主要思路是围绕着在块状的水凝胶中留出分支血管的通路，以此来获得分支血管结构。所采用的方法与模具的方法较类似，先将分支血管的结构制作出来，接着采用水凝胶进行涂覆或者填充，之后再根据消失模原理将分支血管的结构进行溶解，此时就会在水凝胶块中形成分支血管的通道。此种方法虽然能够获得分支血管结构，但其过程较为复杂，所采用的材料较多，依赖于消失模的完全溶解；另外，其对细胞活性影响较大。因此，目前对于分支血管结构的构建问题的技术解决方案还不够理想。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种中空水凝胶纤维的制备及构建分支血管单元的方法，采用中空水凝胶纤维制作类血管网络结构单元，使得所构建的类血管网络结构并不是单根血管结构，而是带有明显分支结构的类血管结构单元，更好的模拟骨组织和人体组织中的血管结构。
[0006]为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案:
一种表面未完全交联的中空水凝胶纤维的制备方法，采用壳聚糖作为水凝胶纤维基体原料，以三聚磷酸钠为交联剂，分别配制好浓度符合喷射成形条件和进行交联反应条件的壳聚糖溶液和三聚磷酸钠溶液，使用同轴喷头，在同轴喷头出口处，外喷头比内喷头长，以三聚磷酸钠为内层相，从内喷头供料，以壳聚糖为外层相，从外喷头供料喷出形成空心的壳聚糖管，使从外喷头输出的壳聚糖管的内腔中均匀充满从内喷头输出的三聚磷酸钠，使三聚磷酸钠由内向外进行扩散，并与壳聚糖管的内腔表面的浅层壳聚糖发生离子交联反应，仅使壳聚糖管内壁形成复合交联材料层，而保持壳聚糖管的外层未发生任何交联反应，从而形成表面未完全交联的壳聚糖的中空水凝胶纤维。
[0007]作为本发明优选的技术方案，采用医用针头制成同轴喷头，其中内针头直径比外针头直径小，内针头长度比外针头长度长，在出口处外针头比内针头长，内外针头由一个三通阀连接进行组装，内针头与三通阀采用过盈配合进行径向固定，由三通阀上端的台阶进行轴向固定，外针头直接套在三通阀出口处，在同轴喷头中，三聚磷酸钠从内针头供料，壳聚糖从外针头供料。
[0008]本发明还提供一种利用本发明表面未完全交联的中空水凝胶纤维的制备方法构建分支血管单元的方法，包括如下步骤:
a.采用壳聚糖作为水凝胶纤维基体原料，以三聚磷酸钠为交联剂，分别配制好浓度符合喷射成形条件和进行交联反应条件的壳聚糖溶液和三聚磷酸钠溶液，通过同轴喷头制得表面未完全交联的壳聚糖的中空水凝胶纤维，使中空水凝胶纤维的内腔表面形成复合交联材料层，并保持壳聚糖管的外层未发生任何交联反应；
b.将在步骤a中制备的未完全交联的单根中空水凝胶纤维至少进行一次人字形弯折，使人字形弯折部分重叠，使中空水凝胶纤维部分外壁表面区域由于中空水凝胶纤维外表面未参与交联的壳聚糖而粘附在一起，保留单根中空水凝胶纤维的两端部始终分开作为两个分支血管结构部分，或者仅保留单根中空水凝胶纤维的一个端部与人字形弯折重叠部分分开作为一个分支血管结构部分并使单根中空水凝胶纤维的另一个端部空绕回弯后与人字形弯折重叠部分粘附在一起形成另外两个分支血管结构部分，制成至少具有2个树杈形分支的中空纤维束，从而形成具有分支血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；
c.在步骤b中制备的分支血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的血管结构化的中空水凝胶纤维放入三聚磷酸钠溶液中，使血管结构化的中空水凝胶纤维未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的血管结构化的中空水凝胶纤维；
d.将在步骤c中制备的完全交联后的血管结构化的中空水凝胶纤维的对应的人字形弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，露出人字形中空水凝胶纤维弯折重叠部分，并露出人字形中空水凝胶纤维的并排粘附的多根中空纤维的中空通道口 ；
e.在步骤d中制备的露出的多根中空纤维中间的重叠管壁部分具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通任意相邻的两根中空纤维中间的间隔，使中空纤维中间的重叠管壁部分的所有中空纤维的侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使血管结构化的中空水凝胶纤维的分叉部分的中空纤维管段作为分支血管，形成具有分支血管结构的主血管，最终制成分支血管单元。
[0009]作为本发明构建分支血管单元的方法的第一种优选技术方案，在步骤b中，仅将在步骤a中制备的未完全交联的单根中空水凝胶纤维进行一次人字形弯折，使中空水凝胶纤维部分外壁表面区域由于中空水凝胶纤维外表面未参与交联的壳聚糖而粘附在一起，保留单根中空水凝胶纤维的两个端部作为多分支血管结构的分支血管部分，制成人字形中空纤维，从而形成具有一分为二分支血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；则在步骤e中，制得一分为二分支血管单元。
[0010]作为本发明构建分支血管单元的方法的第二种优选技术方案，在步骤b中，由单根中空水凝胶纤维完成一次人字形弯折后，使中空水凝胶纤维的一端空绕回弯后与人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使中空水凝胶纤维进行人字形弯折部分的重叠区域形成3根中空水凝胶纤维粘附在一起的结构，制成具有3个树杈形分支的中空纤维束，以中空水凝胶纤维的一端空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段从分叉起点开始作为两个血管分支部分，并保留单根中空水凝胶纤维的另一端部作为多分支血管结构部分的第三个血管分支部分，从而形成具有3个树杈形分支的血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；则在步骤c中，在步骤b中制备的具有3个树杈形分支的血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的具有3个树杈形分支的中空纤维束放入三聚磷酸钠溶液中，使具有3个树杈形分支的中空纤维束未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的具有3个树杈形分支的中空纤维束；则在步骤d中，将在步骤c中制备的完全交联后的人字形中空纤维的弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，并使具有3个树杈形分支的中空纤维束的重叠部分的剪切口平齐，露出具有3个树杈形分支的中空纤维束弯折重叠部分和增加粘附的重叠部分，并露出具有3个树杈形分支的中空纤维束的3根并排粘附的中空纤维的中空通道口，同时还采用医用微创手术刀将中空水凝胶纤维的一端进行空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段剪断形成两个新的分支血管端口 ；则在步骤e中，在步骤d中制备的露出任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着3根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通3根中空纤维之间的间隔，使具有3个树杈形分支的中空纤维束的多根中空纤维侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使具有3个树杈形分支的中空纤维束的分叉部分的3根根