倫敦帝國理工學(xué)院：用于原位內(nèi)皮化的無空隙3D生物打印

供稿人:郝冠哲 賀健康

組織工程中，血管網(wǎng)絡(luò)對(duì)于為組織提供營(yíng)養(yǎng)，氧氣和信號(hào)傳導(dǎo)因子，清除廢物和調(diào)節(jié)溫度和pH等調(diào)節(jié)因子至關(guān)重要。因此，可以快速制造三維血管化結(jié)構(gòu)的新方法將大大促進(jìn)組織修復(fù)，細(xì)胞修復(fù)和細(xì)胞修復(fù)方面的研究。目前，生物3D打印的兩個(gè)主要挑戰(zhàn)是結(jié)構(gòu)保真度和有效的內(nèi)皮化以實(shí)現(xiàn)組織血管化。

倫敦帝國理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所的研究者提出了一種多功能的生物打印方法，該方法成功地克服了結(jié)構(gòu)可打印性，細(xì)胞種植效率、均勻性和三維互連網(wǎng)絡(luò)形成的挑戰(zhàn)。

該方法使用兩種類型的生物墨水：基于明膠的模板生物墨水和可光交聯(lián)的基質(zhì)生物墨水（光固化明膠），它們可以并排打印到三維結(jié)構(gòu)中，兩種材料之間不產(chǎn)生間隙。然后將打印好的結(jié)構(gòu)依次進(jìn)行光交聯(lián)和溫度孵化。光交聯(lián)之后，基質(zhì)生物墨水可以成膠，形成穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)。在37攝氏度下，作為模板生物墨水的明膠會(huì)稀化，進(jìn)而從打印結(jié)構(gòu)中被釋放出來，最終形成多孔的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在打印之前，在模板生物墨水（明膠）中預(yù)裝內(nèi)皮細(xì)胞可以使通道原位內(nèi)皮化。

圖1主要介紹無空隙生物3D打印工藝流程，其中并排打印生物相容性模板生物墨水（綠色）和基質(zhì)生物墨水（黃色），然后進(jìn)行基質(zhì)相的光交聯(lián)和37°C孵化以釋放模板相。在模板生物墨水中預(yù)裝內(nèi)皮細(xì)胞可以使通道原位內(nèi)皮化。其余圖片為結(jié)構(gòu)表征圖。

圖2主要介紹原位內(nèi)皮化及表征。 A）比較傳統(tǒng)的后細(xì)胞種植方法和原位種植細(xì)胞的代表性熒光顯微照片。 B）評(píng)估細(xì)胞種植的均勻性。C）使用DNA測(cè)定法定量評(píng)估傳統(tǒng)后種植和原位種植的效率。D）三維晶格通道或E）三維并行通道的HUVEC滿載結(jié)構(gòu)。在第七天對(duì)F）網(wǎng)格和G）平行設(shè)計(jì)進(jìn)行了寬場(chǎng)熒光顯微鏡檢查和ii）共聚焦熒光顯微鏡檢查。這些圖像表明內(nèi)皮化通道的普遍形成。 H）在第8天免疫染色的高放大倍數(shù)共聚焦熒光顯微鏡圖像CD31陽性表明結(jié)構(gòu)通道被HUVEC完全占用。 I）HUVEC在網(wǎng)格通道（紫色條）和平行通道（橙色條）中的代謝活性。
總之，該研究開發(fā)了一種無空隙的生物3D打印方法，可用于制造定義準(zhǔn)確、均勻的管狀通道的三維結(jié)構(gòu)，可以在不進(jìn)行后種植的情況下原位血管化。與使用單個(gè)生物墨水直接打印多孔結(jié)構(gòu)的常規(guī)方法相比，該方法具有多種優(yōu)勢(shì)。并且在細(xì)胞種植方面，具有更高的效率，均勻性和對(duì)細(xì)胞密度的控制能力?？傮w而言，這種無空隙的生物3D打印方法代表了生物打印血管化方面的技術(shù)進(jìn)步，該方法的簡(jiǎn)單性和實(shí)用性將使其能夠廣泛應(yīng)用于生物打印，組織工程應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：
Liliang Ouyang, James P. K. Armstrong, Qu Chen, Yiyang Lin, and Molly M. Stevens. Void-Free 3D Bioprinting for In Situ Endothelialization and Microfluidic Perfusion. ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS.2019.

供稿人:郝冠哲 賀健康 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室