一种基于GelMA和PLMA混合水凝胶涂覆树脂的白内障术后后囊膜混浊3D生物打印模型和打印方法

本发明设计一种基于眼部晶状体结构的白内障术后后囊膜混浊(posteriorcapsule opacification，简称pco)的3d打印模型，并提出基于gelma和plma的复合水凝胶作为树脂模型涂层来满足细胞培养的条件，进而研究白内障手术后pco的发病机制和药物干预的方法。

背景技术：

1、白内障是世界首位的致盲性眼病，是由于晶状体混浊导致的视觉障碍性疾病，需要通过超声乳化手术作为主要治疗方法[1,2]。pco是白内障术后首位并发症，尽管激光后囊切开术被视为标准治疗方法，但也存在一些风险，例如人工晶状体(iol)损伤或脱位、炎症增加和视网膜脱落。pco发生的机制未明，已经提出了几个因素可能导致其发生，包括炎症反应、囊袋收缩、年龄和iol设计和材料性质，这些因素可以触发人晶状体上皮细胞(hlecs)的增殖、迁移和转分化[3-5]。因此进一步研究以充分阐明参与pco发展的复杂机制，可以帮助制定预防策略和干预措施，改善白内障手术后的视觉效果。

2、为了研究pco的潜在机制，可以采用多种模型，包括体外细胞或组织培养，体外囊袋模型和动物模型[3-5]，每种模型都有其优点和弱点。晶状体囊袋是一种极其精细和可塑性的结构，为hlecs增殖提供了一个框架。然而，晶状体囊袋，脆弱性在构建提供足够支持的模型方面存在挑战。因此，已经开发了几种支撑方法来克服这个障碍，包括针插、囊袋张力环、硅胶管和3d打印支撑结构等[6-8]。此外，已经建立了包含培养基中各种生长因子的前房模型，以复制pco微环境[6]。然而，这些支撑方法有时可能导致畸变或晶状体囊袋塌陷等。因此，现有的pco模型尚不能完全模拟pco发病的微环境，存在着支撑不足、三维培养系统缺失、无法模拟体内微环境动态变化、缺乏仿生曲率变化以及在体内模型中的干预方法不足等限制。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种基于gelma和plma混合水凝胶涂覆树脂的白内障术后后囊膜混浊3d生物打印模型和打印方法。

2、第一方面，本发明提供了一种基于gelma和plma混合水凝胶涂覆树脂的白内障术后后囊膜混浊3d生物打印模型，所述的3d生物打印模型是通过以下方法打印得到的:

3、(a)模型设计:模型是根据人晶状体的解剖参数设计的，所述的模型采用外部圆柱形基座的中空结构，所述的模型设有上部分和下部分，模型的上部分和下部分通过螺纹连接，模型的上部分前表面设有直径为5.4-5.6mm圆形开口，在模型的赤道区域设有底座周边一圈的弧形向下凹槽；

4、(b)水凝胶的制备

5、所述的gelma和plma水凝胶含有5％-15％浓度的gelma和2％浓度的plma，所述的gelma的氨基置换度为60％-90％，水凝胶溶液被旋涂到模型上，通过紫外光(uv,波长范围365-405nm)照射样品30-60秒来诱导凝胶化；

6、(c)模型的3d打印

7、将设计参数输入打印机，使用透明环氧树脂作为打印材料，打印完成后，将模型进行超声波清洗，并经过uv固化。

8、作为一个优选例，还包括步骤(d)，经过紫外线交联和酒精消毒处理。

9、作为另一优选例，所述的步骤(a)模型的上部分前表面设有直径为5.5mm圆形开口，在模型的赤道区域设有底座周边一圈，宽为1mm的弧形向下凹槽；所述的步骤(b)所述的gelma和plma水凝胶含有5％浓度的gelma和2％浓度的plma，所述的gelma的氨基置换度为60％，所述的步骤(c)将模型固定在载玻片上，并放置在旋涂仪中，将按步骤(b)水凝胶加热，然后注入模型的中央区域，旋涂参数设置为2000转/分钟，进行两次旋涂，然后uv固化。

10、第二方面，本发明提供了一种基于gelma和plma混合水凝胶涂覆树脂的白内障术后后囊膜混浊3d生物打印方法，所述的打印方法包括以下步骤：

11、(a)pco模型设计:模型是根据人晶状体的解剖参数设计的，所述的模型采用外部圆柱形基座的中空结构，所述的模型设有上部分和下部分，模型的上部分和下部分通过螺纹连接，模型的上部分前表面设有直径为5.4-5.6mm圆形开口，在模型的赤道区域设有底座周边一圈的弧形向下凹槽；

12、(b)水凝胶的制备

13、所述的gelma和plma水凝胶含有5％-15％浓度的gelma和2％浓度的plma，所述的gelma的氨基置换度为60％-90％，水凝胶溶液被旋涂到模型上，通过紫外光(uv,波长范围365-405nm)照射样品30-60秒来诱导凝胶化；

14、(c)pco模型的3d打印

15、将设计参数输入打印机，使用透明树脂作为打印材料，打印完成后，将模型进行超声波清洗，并经过uv固化。

16、作为一个优选例，所述的打印方法还包括步骤(d)，经过紫外线交联和酒精消毒处理。

17、作为另一优选例，所述的步骤(a)模型的上部分前表面设有直径为5.5mm圆形开口，在模型的赤道区域设有底座周边一圈，宽为1mm的弧形向下凹槽；所述的步骤(b)所述的gelma和plma水凝胶含有5％浓度的gelma和2％浓度的plma，所述的gelma的氨基置换度为60％，所述的步骤(c)将模型固定在载玻片上，并放置在旋涂仪中，将按步骤(b)水凝胶加热，然后注入模型的中央区域，旋涂参数设置为2000转/分钟，进行两次旋涂，然后uv固化。

18、第三方面，本发明提供了aicar、4-oi在制备基于眼部晶状体结构的白内障术后后囊膜混浊疾病药物中应用。

19、本发明优点在于：

20、(1)使用gelma和plma水凝胶包覆树脂作为材料，能够提供稳定的支撑和仿生的晶状体囊袋结构，为细胞提供了合适的生长微环境；

21、(2)通过3d生物打印技术，可以精确控制pco模型的形状和结构；

22、(3)设计开闭结构，便于定位、干预和染色观察；

23、(4)模型稳定可靠，可重复使用。

技术特征：

1.一种基于gelma和plma混合水凝胶涂覆树脂的白内障术后后囊膜混浊3d生物打印模型，其特征在于：3d生物打印模型是通过以下方法打印得到的:(a)模型设计:模型是根据人晶状体的解剖参数设计的，所述的模型采用外部圆柱形基座的中空结构，所述的模型设有上部分和下部分，模型的上部分和下部分通过螺纹连接，模型的上部分前表面设有直径为5.4-5.6mm圆形开口，在模型的赤道区域设有底座周边一圈的弧形向下凹槽；

2.根据权利要求1所述的基于gelma和plma混合水凝胶涂覆树脂的白内障术后后囊膜混浊3d生物打印模型，其特征在于：还包括步骤(d)，经过紫外线交联和酒精消毒处理。

3.根据权利要求1或2所述的基于gelma和plma混合水凝胶涂覆树脂的白内障术后后囊膜混浊3d生物打印模型，其特征在于：所述的步骤(a)模型的上部分前表面设有直径为5.5mm圆形开口，在模型的赤道区域设有底座周边一圈，宽为1mm的弧形向下凹槽；所述的步骤(b)所述的gelma和plma水凝胶含有5％浓度的gelma和2％浓度的plma，所述的gelma的氨基置换度为60％，所述的步骤(c)将模型固定在载玻片上，并放置在旋涂仪中，将按步骤(b)水凝胶加热，然后注入模型的中央区域，旋涂参数设置为2000转/分钟，进行两次旋涂，然后uv固化。

4.一种基于gelma和plma混合水凝胶涂覆树脂的白内障术后后囊膜混浊3d生物打印方法，其特征在于：所述的打印方法包括以下步骤：

5.根据权利要求所述4的打印方法，其特征在于：所述的打印方法还包括步骤(d)，经过紫外线交联和酒精消毒处理。

6.根据权利要求4或5所述的打印方法，其特征在于：所述的步骤(a)模型的上部分前表面设有直径为5.5mm圆形开口，在模型的赤道区域设有底座周边一圈，宽为1mm的弧形向下凹槽；所述的步骤(b)所述的gelma和plma水凝胶含有5％浓度的gelma和2％浓度的plma，所述的gelma的氨基置换度为60％，所述的步骤(c)将模型固定在载玻片上，并放置在旋涂仪中，将按步骤(b)水凝胶加热，然后注入模型的中央区域，旋涂参数设置为2000转/分钟，进行两次旋涂，然后uv固化。

7.aicar、4-oi在制备基于眼部晶状体结构的白内障术后后囊膜混浊疾病药物中应用。

技术总结
本发明涉及一种基于GelMA和PLMA混合水凝胶涂覆树脂的白内障术后后囊膜混浊3D生物打印模型，通过以下方法打印得到:(a)模型设计:模型是根据人晶状体的解剖参数设计的，所述的模型采用外部圆柱形基座的中空结构，所述的模型设有上部分和下部分，模型的上部分前表面设有圆形开口，在模型的赤道区域设有凹槽；(b)水凝胶的制备；(c)模型的3D打印；(d)水凝胶旋涂。本发明还提供了3D生物打印方法和药物干预方法。本发明使用GelMA和PLMA水凝胶包覆树脂作为材料，能够提供稳定的支撑和仿生的晶状体囊袋结构，为细胞提供了合适的生长微环境；通过3D生物打印技术精确控制PCO模型的形状和结构；设计开闭结构，便于定位、干预和染色观察；模型稳定且可重复使用。

技术研发人员：竺向佳,戴博,刘馨,刘书钰,李佳乐,龙严,黄邵祺
受保护的技术使用者：复旦大学附属眼耳鼻喉科医院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17