新型3D打印血管在血管移植和高通量药物筛选的应用研发

地区：广东省广州市

关键词：中国创新挑战赛

需求类型：其它

需求领域：新材料

需求编号：D2021061600002284

解决方案：暂无

审核状态：通过审核

需求描述：

根据研究显示，3D血管打印具有快速成型、精度高、可针对移植部位定制等优点，能解决人体移植物来源不足的难题。国际最新一代3D打印人工血管已应用静电纺丝、水凝胶-细胞复合物（包括成纤维细胞、血管平滑肌细胞等，加入血管活性因子等）打印出三层人工血管网络。但尚无法将小口径3D打印血管血管（<6mm）应用于临床。其问题在于：3D打印人工血管缺乏媲美于天然血管的生物力学和生物化学性能；细胞无法长满血管壁内部；难以缝合；移植后血管内皮化慢，易形成血栓，远期通畅率低。因此解决小口径3D打印血管临床应用的一个关键途径就是: 研发可完全模拟天然血管生物力学（弹性和韧性）和生物化学能的新型生物材料以解决上述问题，具体内容如下：①主要研究内容1. 改进3D血管打印机器人。该装置有3-5个“喷头”，可负荷多种溶液，一个类似的弹性生物材料，一个类似的韧性材料，一到两个喷头可以负载多肽基凝胶喷涂生物材料，一到两个喷头可以用于细胞负载。2. 优化用于3D打印血管的“墨粉”，包括：（1）独创高活性多肽和多糖为基的超快速凝固、可生物降解的水凝胶材料，具有高抗凝活性、利于血管细胞附着生长、生物相容性好的优点（2）可容纳大量细胞的直线和波浪状纳米网格结构生物材料，应用其制备的血管支架可完全模拟天然血管生物力学性能及顺应性。在其上喷涂高活性多肽和多糖为基生物材料涂敷层，能吸引内皮细胞附着生长，促进血管快速内皮化。3. 应用上述技术打印血管（支架），将其置于模拟在体生理条件的脉冲式生物反应器内，并混合血管细胞培养制备人工血管，并测试人工血管的生物力学、药理学性能及进行研究内容药物筛选实验。4. 构建体外高通量筛选药物系统5. 动物移植手术（>6个月）考察血管的功效性。通过超声、组织学等方法观察血管三层微观结构重生和重建情况、远期通畅率和生物力学测试；并按国家相关标准考察其生物安全性和相容性，包括：血液相容性、抗凝特性和毒性评价。并根据实验结果，反复调整血管内外表面基质材料，纳米纤维结构及功能细胞配比及组成参数，以控制血管壁孔隙率，使其吸引邻近平滑肌细胞生长和促血管内皮化，促进自体功能性血管再生，人工材料将定时降解并有新细胞外基质取代。②拟解决的关键问题及技术路线关键问题：改进3D血管打印设备和生物材料，自主制造符合临床移植要求的新型人工血管，通过功效性和安全性测试，申报专利及准备申请许可证。应用已改进的3D血管打印机器人及生物材料打印血管网络，将其置入生物反应器内混合细胞培养以制备组织工程血管，性能测试；应用血管移植手术、体外药物筛选模型测试其功效性；按国家相关标准测试其安全性。③创新点1与国际同类产品比较，该人工血管的突出优势是能基本模拟天然血管生物力学（弹性和韧性）和生物化学性能（如血管基质的生物化学片段），因此可解决目前人工血管“瓶颈”：生物力学的不匹配和血管内皮化慢。2.开拓3D打印血管的新应用，即作为体外3D高通量药物筛选系统，相比其他高通量筛选系统，更接近天然血管三维特性；可批量制造、成本低、效率高、及需药量少。成果匹配

新型3D打印血管在血管移植和高通量药物筛选的应用研发

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