多層環(huán)狀組織的數(shù)字可調(diào)微流控生物打印

供稿人:王慧超，連芩

生物3D打印能夠沉積含有細(xì)胞的生物材料,，從而形成一定的三維結(jié)構(gòu),，常被用于制造復(fù)雜的仿生組織結(jié)構(gòu),，尤其是脈管結(jié)構(gòu)。目前主要的構(gòu)建脈管方法是逐層堆疊法和使用犧牲材料,，但是其打印速度較慢,，而且打印過(guò)程較為繁瑣，不能直接在打印結(jié)構(gòu)上灌注流體,。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院整形外科皮慶猛博士在國(guó)際生物材料雜志《Advanced Materials》發(fā)表文章,，提出了一種多通道同軸擠出系統(tǒng)（MCCES），可以一次性打印周向多層環(huán)狀結(jié)構(gòu),，并能直接用于灌流,。

該研究中使用的生物材料為7%（w/v）GelMA，2%（w/v）海藻酸鈉和2%（w/v）三季戊四醇核（PEGOA）,，既保證了打印結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度,，也能夠促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖。圖1A展示了MCCES系統(tǒng)示意圖,，其分為3個(gè)供料口,，1和2提供裝載有不同細(xì)胞的生物材料，3提供用于交聯(lián)的氯化鈣溶液,。圖1B展示了打印結(jié)構(gòu)示意圖,，通過(guò)鈣離子和生物材料交聯(lián)以及光致GelMA交聯(lián),，形成穩(wěn)定的空心管結(jié)構(gòu)。圖1C展示了熒光試劑標(biāo)記細(xì)胞下該系統(tǒng)打印的空心管結(jié)構(gòu)。通過(guò)間歇性關(guān)閉1或2可以打印出單層管和雙層管間歇交替結(jié)構(gòu),。在后續(xù)灌流實(shí)驗(yàn)中,，結(jié)果顯示,，使用該系統(tǒng)打印的空心管結(jié)構(gòu)具有良好的結(jié)構(gòu)完整性并且不會(huì)出現(xiàn)流體泄露,。

圖1 多通道同軸擠出系統(tǒng)的組成及打印過(guò)程示意圖

人體尿道由三個(gè)細(xì)胞層組成，包括尿道上皮細(xì)胞,，成纖維細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞,，傳統(tǒng)的打印工藝難以構(gòu)建仿生尿道結(jié)構(gòu)，而MCCES系統(tǒng)則可以實(shí)現(xiàn),，未來(lái)可用于構(gòu)建仿生尿道治療相關(guān)疾病,。同時(shí)，人體血管結(jié)構(gòu)也有內(nèi)皮細(xì)胞層,，中間平滑肌層合成纖維細(xì)胞外層組成,，構(gòu)建仿生血管結(jié)構(gòu)用于醫(yī)學(xué)也是一個(gè)難題，文章中提到,，靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞均可在MCCES系統(tǒng)打印結(jié)構(gòu)中生長(zhǎng)和增殖,，并具有形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的能力。未來(lái)MCCES系統(tǒng)有望用于構(gòu)建人體仿生脈管組織并用于臨床。

參考文獻(xiàn)：
Q Pi, S Maharjan, X Yan. Digitally tunable microfluidic bioprinting of multilayered cannular tissues[J]. Advanced Materials, 2018.

供稿人:王慧超,，連芩 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室