专利快讯｜浙江理工大学：3D多孔聚乳酸基质中培养小肠类器官的方法

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3D多孔聚乳酸基质中培养小肠类器官的方法

申请人：浙江理工大学

公开(公告)日,授权日：2023-01-13

 

专利摘要

本发明公开了一种3D多孔聚乳酸基质中培养小肠类器官的方法，旨在为类器官生长提供合适的立体空间微环境，促进类器官在立体空间内的延伸生长，并增强其应用灵活性。本发明构建的培养体系中多孔聚乳酸支架的中的孔径范围均一可控，孔隙间相互贯通，对小肠类器官的生物相容性良好，能够促使类器官在其中保持完整的生长形态以及较好的增殖状态。本发明所提供的3D多孔聚乳酸生物材料基质中培养类器官的方法可望应用于生物医药、再生医学及组织工程等生物医学领域。

 

背景技术

现阶段科学研究大多使用细胞模型与动物模型，然而大量的实验研究发现上述两种模型存在一定的弊端。一方面细胞模型无法模拟机体内多种细胞复杂的相关作用，另一方面动物模型与人存在物种差异不能完全直观地反映人类机体变化，这在某种程度上限制了生物医学的发展。

类器官(organoid)模型的出现为弥补上述不足带来了可能，类器官是将组织干细胞在体外进行培养，保持原始干细胞功能并不断分裂分化形成在空间和结构与来源器官组织、基因、结构和功能相似的微组织。与现有二维(two-dimensions，2-D)和三维(three-dimensions，3D)细胞培养相比，类器官是不同类型和功能细胞的有机结合体，更接近体内细胞生存空间、生长状态及功能。与动物模型相比，其不存在物种隔离并且能够在体外提供一个可长期大规模培养的“可视化”平台。这使得类器官模型在药物筛选与评价、个体遗传与发育、疾病发生与发展、生物医学材料及组织工程等方面显示出重要应用前景。现阶段类器官的培养主要以基于基质胶(Matrigel)的“无支架”方式为主。然而，该种培养方式使类器官生长受限于基质胶与培养皿中，不但阻碍类器官进一步生长并且限制了类器官的应用灵活性。

聚乳酸是一种典型的生物可降解高分子材料，具有良好的可塑性、生物相容性及完全降解性，并且无毒无害、机械强度高。其也是唯一具有优良抑菌性及抗霉特性的生物可降解材料，有“绿色塑料”之称，已广泛应用于生物组织工程材料领域，如药物缓解包装剂、组织修复材料、人造皮肤等。如Wurm等(Journal of Biological Engineering,2017,11:29-37)制备的PLA组织支架在体外试验中表现出良好的生物相容性。同时，秦课题组(人工晶体学报,2017,46:297-303)与Mathieu团队(Journal of Biomedical MaterialsResearch Part A,2010,75:89-97)分别制备的聚乳酸/羟基磷灰石复合支架材料与多孔聚乳酸-透明质酸支架，在骨组织工程实验中均显示出良好的优越性，并且能够满足骨组织支架要求。

本发明将小肠类器官接种于3D多孔聚乳酸支架中，改变其培养方式，将为类器官的生长提供更大的生长空间与移动可能。将进一步推进其在生物医药、再生医学领域的应用与发展。

 

发明内容

本发明能够快速、便捷地构建出一个基于3D聚乳酸生物材料的新型小肠类器官培养体系，为类器官的生长提供合适的微环境，提供更大的生长空间与移动可能，在生物医药评价、再生医学、离体组织工程、微组织构建及其移植领域有重要应用潜力。

本发明考虑到小肠类器官培养过程对于支架孔径的要求，制备和筛选出300-1300μm粒径的糖球作为致孔剂，将糖球填充于模具中，并进行适当温度和时间的加热，使糖球间相互连接但仍能保持糖球的基本形状，从而得到致孔剂模板；该方法使得最终制备出的多孔聚乳酸支架孔洞丰富、孔径均一且相互连通。本发明的支架制备方法可适用于任何形状的模具，可根据实验需求自行设计获得对多孔聚乳酸支架的形态和孔径大小，同时实验证实，本发明的支架能够较好地支持小肠类器官的生长，培养过程“可视”；因此本发明方法和小肠类器官培养体系可满足类器官模型在药物筛选与评价、个体遗传与发育、疾病发生与发展、生物医学材料及组织工程等多方面的应用需求。

（数据来源：智慧芽）