東華大學(xué)在3D打印領(lǐng)域再獲突破：3D打印構(gòu)建仿生血管網(wǎng)絡(luò),，促進(jìn)組織再生

來源：東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

近日,，東華大學(xué)纖維材料改性重點國家實驗室 游正偉教授團(tuán)隊 在 3D 打印和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展， 相關(guān)成果以《面向組織再生的 3D 打印仿生血管網(wǎng)絡(luò)》 ( 3D printing of biomimetic vasculature for tissue regeneration) 為題,，發(fā)表于材料學(xué)領(lǐng)域著名期刊 《 Materials Horizons 》,。

組織細(xì)胞都高度依賴分支化血管系統(tǒng)，為細(xì)胞提供良好的物質(zhì)交換以維持細(xì)胞生長的良好環(huán)境,。而大多數(shù)組織工程構(gòu)建的組織都不具有理想的微血管網(wǎng)絡(luò),，當(dāng)中高密度細(xì)胞無法得到充分的物質(zhì)交換且快速形成壞死中心。 因此,，如何構(gòu)造出包含仿生天然血管網(wǎng)絡(luò)的工程組織,，并且能在體內(nèi)外維持長時間的生存是組織再生領(lǐng)域中一大公認(rèn)的難點與挑戰(zhàn)。 現(xiàn)有的仿生血管網(wǎng)的構(gòu)建主要集中在如何構(gòu)建二維微通道結(jié)構(gòu),，在三維大塊結(jié)構(gòu)以及更加微觀模擬血管壁滲透性方面研究較少,，同時報道的方法一般只適用于特定的材料,。

針對上述關(guān)鍵問題，游正偉教授團(tuán)隊發(fā)展了 基于 3D 打印技術(shù)的新策略,，實現(xiàn)了血管網(wǎng)絡(luò)的仿生構(gòu)筑 ,。提出了從宏觀個性化脈絡(luò)結(jié)構(gòu)、可灌注通道網(wǎng)絡(luò),、滲透性管壁三個層次對血管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多級結(jié)構(gòu)仿生的概念,。據(jù)該工作第一作者東華大學(xué)博士生雷東介紹說，該工作是從中國傳統(tǒng)手工藝 “ 糖畫 ” 中獲得靈感,，將市售蔗糖作為單一原料,，巧妙地利用 3D 打印機對其加熱進(jìn)行預(yù)焦糖化，現(xiàn)場制備具有良好打印性的墨水,，然后 3D “作畫”,，實現(xiàn)了糖模板的一鍋法 3D 打印定制。然后通過相分離機制和犧牲模板策略相結(jié)合,，高效構(gòu)筑了整體相互連通可灌注的聚合物基血管網(wǎng)絡(luò),，管壁上具有梯度分布的微孔結(jié)構(gòu)，從而賦予其仿血管壁的滲透性,。該方法具有良好的普適性，適用于熱塑和熱固性等多種材料,，同時能夠很好地和各種組織工程支架比如海綿狀多孔支架,、水凝膠、靜電紡納米纖維支架,、細(xì)菌纖維素等結(jié)合制備含有內(nèi)嵌仿生血管網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合支架,。

可灌注性仿生血管網(wǎng)絡(luò)
進(jìn)而游正偉教授團(tuán)隊和上海交通大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院的趙強教授和葉曉峰副教授再次合作，證實該仿生血管網(wǎng)絡(luò)復(fù)合支架在體外可維持高濃度細(xì)胞存活,，體內(nèi)可以促進(jìn)血管和組織新生,；進(jìn)一步用于治療大鼠心肌梗塞，顯著改善了心肌局部缺血,，有效防止了心肌纖維化,。該支架具有良好的生物相容性和可降解性，能夠根據(jù)個體需求 3D 打印定制,，未來還可以與藥物和干細(xì)胞復(fù)合,，實現(xiàn)藥物緩釋和干細(xì)胞遞送，為組織缺損再生修復(fù)等提供精準(zhǔn)醫(yī)療新 方案,。同時可以構(gòu)建體外 3D 組織模型,，用于藥物篩選。另外在微流控等領(lǐng)域也有潛在的應(yīng)用前景,。

游正偉教授團(tuán)隊近年來專注生物彈性體材料及其 3D 打印的研究,，去年的報道以“鹽”為核心的“咸墨水”打印,，成功實現(xiàn)了熱固性材料 3D 打印 [1] ，并以生物彈性體為代表,，實現(xiàn)了組織工程支架 [2] 和可穿戴摩擦納米發(fā)電機 [3] 的個性化定制,。此次， 該團(tuán)隊以“糖”為核心,，用“甜墨水”實現(xiàn)了仿生血管網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建,。果然是 “ 不會做飯的材料學(xué)科研者不是好醫(yī)生啊,！ ”

東華大學(xué)博士生雷東是該論文的第一作者,，東華大學(xué)游正偉教授、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院趙強教授,、葉曉峰副教授是該論文的共同通訊作者,。東華大學(xué)的莫秀梅教授、何創(chuàng)龍教授,、陳仕艷教授,、天津大學(xué)劉文廣教授、上海大學(xué)朱波教授是論文的共同作者,。該工作獲得國家重點研發(fā)計劃,、國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金的資助,。