根据心肌纤维排列设计的3D打印模具

根据心肌纤维排列设计的3d打印模具
技术领域
1.本实用新型涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种根据心肌纤维排列设计的3d打印模具。


背景技术：

2.心脑血管疾病仍然是导致成年人死亡的第一大病因，其中缺血性心肌病占22.3％的死亡比例。病理学上，长时间的心肌缺血会导致心肌细胞死亡，称作“心肌梗死”。梗死的心肌会由没有收缩能力的疤痕组织替代，进而发生心力衰竭。因此，及时实施再灌注治疗，或细胞及组织工程应用，减少心肌损伤，缩小梗死面积，用以改善心梗后心功能的恢复，可以显著改善患者的生活质量、降低病死率。
3.干细胞及心肌细胞等心肌内注射或冠脉内注射的治疗手段存在诸多缺点，例如细胞存留率极低，细胞存活不足，分布不均，注射后在体分化成心肌细胞的能力微弱，收缩能力及电传导整合等功能学尚需改善。因此，组织工程学的应用将克服上述缺点，通过在体外构建具有收缩能力的心肌组织，进行体内应用，以力图修复梗死的心肌组织，实现电与机械的整合。在体外构建心肌组织，将克服细胞存留率低，分布不均，分化能力欠佳等问题，且能够更好的靶向到梗死区域进行修复。结合心脏mri的影像学建模数字化手段，可以评估梗死区的心肌纤维排列，个体化设计3d模具的打印，使体外构建的心肌组织与原心肌纤维排列一致。
4.此外，现阶段的人造心脏技术仍处于较为初期的阶段。我们已知心肌纤维的排列特征呈“内纵、中环、外斜”分层排列，同时以左室长轴为中心的螺旋状排列，部分心肌纤维在螺旋行进的同时还发生交叉，例如原来走形于心内膜下的心肌纤维会绕行到心外膜下。因此具有分层、螺旋、扭转和发散等排列特征。而目前的心脏打印技术尚未能解决心肌纤维排列的问题。
5.综上，研发能够在体外构建个体化的、与心肌纤维排列一致的具有收缩能力的心肌组织，具有巨大的科研价值和应用前景。目前国外有申请专利的有pdms模具，但其技术门槛高，造价昂贵，从模具中提取心肌组织时极易破碎。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种根据心肌纤维排列设计的3d打印模具，可以有效、低成本地在体外构建心肌组织用以修复梗死的心肌。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供一种根据心肌纤维排列设计的3d打印模具，包括一底座、一承载平板和一边框；所述底座中部形成一凸台，所述凸台表面形成有多个第一齿突和多个第二齿突；所述第一齿突与所述第二齿突垂直于所述凸台，且所述第二齿突围绕于所述第一齿突的外围；所述承载平板形成多个与所述第一齿突和所述第二齿突配合的孔洞；所述边框包括一框体，所述框体中部形成一镂空部，所述镂空部形状与所述凸台配合。
8.优选地，所述第一齿突的走向与心肌纤维排列走向配合。
9.优选地，所述框体的底部两侧分别向外延伸形成一翼板。
10.优选地，所述第二齿突的横截面积大于所述第一齿突的横截面积。
11.优选地，所述承载平板长33mm，宽28mm；所述边框长50mm，宽38mm，高9.2mm。
12.本实用新型由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
13.1、应用3d打印的模具制备成本低，可成批量生产，用于大量制备有功能的心脏细胞膜片或者用于修复其他损伤组织的细胞膜片和凝胶膜片。
14.2.制备的细胞膜片有别于传统的无间隙形式，底座第二齿突分割的细胞膜片具有更加优良的生物力学特征，细胞生长空间更加充裕，也保留了后续填塞其它细胞组织或者物料的空间。这些均有利于具有培养具有收缩能力的心肌组织。
15.3.模具易于保存和重复应用，可以根据当地人群心脏或者其它组织器官的解剖特征，建立具有特色和适应性的模具阵列，快速培养具有应用价值的细胞膜片用于组织修复。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例的底座的结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例的承载平板的结构示意图；
18.图3为本实用新型实施例的边框的结构示意图。
具体实施方式
19.下面根据附图1～图3，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的功能、特点。
20.请参阅图1，本实用新型实施例的一种根据心肌纤维排列设计的3d打印模具，包括一底座1、一承载平板2和一边框3；底座1中部形成一凸台11，凸台11表面形成有多个第一齿突12和多个第二齿突13；第一齿突12与第二齿突13垂直于凸台11，且第二齿突围绕于第一齿突12的外围；承载平板2 形成多个与第一齿突12和第二齿突13配合的孔洞21；边框3包括一框体31，框体31中部形成一镂空部32，镂空部32形状与凸台11配合。承载平板2可通过孔洞21套设于底座1的第一齿突12和第二齿突13外。边框3可通过镂空部32套设于凸台11外。
21.第一齿突12的走向与心肌纤维排列走向配合。
22.框体31的底部两侧分别向外延伸形成一翼板33。
23.第二齿突13的横截面积大于第一齿突12的横截面积。
24.承载平板2长33mm，宽28mm；边框3长50mm，宽38mm，高9.2mm。
25.底座1的第一齿突12走向是根据心肌纤维排列mri成像投射到二维平面，模拟心肌纤维方向来设计的，承载平板2的作用是将在模具里培养的心肌组织完整无损的提取出来，边框3的用途是制备组织凝胶时防止侧漏以及必要时装载培养基。
26.目前模具选材为abs，但是不限于abs材料，备选的方案有类abs材料，树脂材料，和硅基材料等。
27.产品使用过程，一是将细胞混悬液注入模具，进行细胞培养；二是将细胞和生物材料先后或者混合后注入模具，进行培养。
28.本实用新型实施例的一种根据心肌纤维排列设计的3d打印模具，根据人心脏解剖
构成而设计，应用于体外成规模仿生培养。(1)模具的设计完全遵照正常心肌纤维的排列从而最大可能的维持心梗后心肌的修复如初，同时也为3d打印心脏提供更多数据。(2)该模具技术门槛低，成本极低，操作简单，可重复率高，材料选择多样化，不仅可用于心肌组织体外构建，也可用于血管打印等延伸领域。(3)利用该模具培养出的心肌组织可伸缩性更强，心肌收缩力和电－机械传导方向更接近于正常心肌组织。
29.本实施例的应用场景：
30.一、用于心肌梗死区域修复的细胞膜片生产
31.1、收治心肌梗塞患者；
32.2、mri的影像学建模分析患者梗死区域的面积大小和不同肌层心肌纤维排列，根据模型数据，设计培养心肌组织的模具参数；
33.3、按照获取的模具参数，利用3d打印技术快速打印出一系列模具；
34.4、获取患者自体干细胞或者使用ipsc技术培养干细胞，在模具上培养细胞膜片；
35.5、手术(胸外科手术或者导管术)将细胞膜片放置到患者心肌梗死区域；
36.6、评估患者心肌梗死区域功能变化。
37.二、用于体外药物分析
38.1、mri的影像学建模分析研究对象(小鼠、大鼠、犬、猪、猴、人等) 心脏肌层纤维分布走向，根据模型数据，设计培养心肌组织的模具参数；
39.2、按照获取的模具参数，利用3d打印技术快速打印出一系列模具；
40.3、获取研究对象心肌细胞或者应用干细胞，在模具上培养心脏组织；
41.4、构建疾病细胞或者组织模型；
42.5、应用药物或者其他方式处理模型，获取研究数据。
43.本实用新型可用于上述场景，但是不局限于上述场景。
44.以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。