3d打印無支架仿生食管

供稿人:郝志巖 王玲

食管切除術(shù)是治療食管長間隙閉鎖、腐蝕性食管狹窄和食管癌的有效方法。在這種情況下，需要使用部分胃腸道組織重建食管。然而，這會引起胃腸道功能相關(guān)的問題，如反流、延遲食管移植、傾倒綜合征等。最近，一些研究人員試圖通過使用天然支架來制造食管替代物，但由于其結(jié)構(gòu)特點、生物相容性和免疫原性等問題，食管替代物的研究仍是一個挑戰(zhàn)。日本長崎大學(xué)的研究人員構(gòu)建了一個僅由細胞組成的結(jié)構(gòu)來替代食道的一部分，并將其移植到大鼠體內(nèi)。

研究人員利用生物三維打印技術(shù)開發(fā)了一種混合細胞類型的無支架結(jié)構(gòu)，并對其進行了大鼠體內(nèi)和體外的特性評估。通過購買正常人皮膚成纖維細胞、人食管平滑肌細胞、人骨髓間充質(zhì)干細胞、人臍靜脈內(nèi)皮細胞作為細胞，制備多細胞球體后，采用生物3d打印技術(shù)制備食管樣管狀結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)先在生物反應(yīng)器中培養(yǎng)四周，然后將其作為食管移植物移植到10-12周齡的F344雄性大鼠體內(nèi)，如圖1。

圖1 研究流程圖

研究人員對植入的仿生食管進行為期30天的評估，由于術(shù)后反應(yīng)老鼠出現(xiàn)一些較小的體重減輕，隨后老鼠很快就恢復(fù)了體重。移植食管始終保持堅固和穩(wěn)定，沒有泄漏或撕裂跡象。研究小組指出，大鼠進食量足夠大，即使暴露在胃液中，食管也保持完整，如圖2。

圖2 移植結(jié)構(gòu)圖 A.移植手術(shù)部位 B.移植后30天的移植部位 箭頭：移植部位，Du：十二指腸，E：食道，EG：食管胃交界處，L：肝臟，St：胃
這項研究首次驗證了生物3d打印系統(tǒng)制作的食管結(jié)構(gòu)。制備了四種不同組成的細胞結(jié)構(gòu)，并進行了比較。雖然與原生食管相比結(jié)果并不充分，但對比試驗表明在四種結(jié)構(gòu)中，間充質(zhì)干細胞含量最高的結(jié)構(gòu)最適合移植。該結(jié)構(gòu)能夠在暴露于胃液的環(huán)境中進行移植，在結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面可以出現(xiàn)上皮化組織。雖然這項工作是用生物3d打印系統(tǒng)制作食管結(jié)構(gòu)研究的第一步，但它可能有助于開發(fā)食管疾病的治療方法。采用無支架生物3d打印技術(shù)構(gòu)建的結(jié)構(gòu)有望成為食管移植的潛在替代品。

參考文獻：
Takeoka Y, Matsumoto K, Taniguchi D, et al. Regeneration of esophagus using a scaffold-free biomimetic structure created with bio-three-dimensional printing[J]. PloS one, 2019, 14(3): e0211339.

供稿人:郝志巖 王玲 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室