生物打印+冷凍：可在低溫條件長期存儲打印出的生物組織細(xì)胞

來源：中國科學(xué)報

廣泛研究和臨床應(yīng)用3D組織的一個主要障礙是它們的保存期限很短，可能只有幾個小時到幾天。在器官移植的情況中，一個生物打印的組織必須被迅速運送到需要它的地方，否則將無法存活。

在2021年12月22日發(fā)表于《物質(zhì)》的一項研究中，美國布萊根婦女醫(yī)院和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員描述了他們將3D生物打印技術(shù)與冷凍保存技術(shù)相結(jié)合的工作。

這種技術(shù)創(chuàng)造出的組織可以被保存在零下196攝氏度的冰箱中。該組織可在幾分鐘內(nèi)解凍，并立即投入使用。“傳統(tǒng)的生物打印基本上沒有保存期限。在大多數(shù)情況下，它實際上只是被打印出來，然后使用。”論文第一作者、布萊根婦女醫(yī)院生物醫(yī)學(xué)工程師Y. Shrike Zhang說，“有了冷凍生物打印技術(shù)，只要你愿意，就可以在冷凍狀態(tài)下打印和儲存。”

20年前，3D生物打印技術(shù)首次用于制造人造人體組織。與傳統(tǒng)的3D打印一樣，該技術(shù)利用一種墨水，通過噴嘴一層一層地擠壓成預(yù)先設(shè)定的形狀。在生物打印的情況下，這種墨水通常是由嵌入活細(xì)胞的明膠樣支架組成。冷凍生物打印的工作原理與此相同，只不過打印是直接在零下20攝氏度的冷板上進(jìn)行的。組織被打印后，它們立即被轉(zhuǎn)移到低溫條件下進(jìn)行長期存儲。

冷凍打印還有一個額外的優(yōu)勢，那就是它可以比傳統(tǒng)生物打印方法制作更復(fù)雜的形狀。“生物墨水的細(xì)絲在接觸冷板幾毫秒內(nèi)就凍結(jié)了，所以它沒有時間改變原有的形狀。”Zhang說，“然后你就可以層層疊加，最終創(chuàng)造出一個能夠承受自身重量的獨立3D結(jié)構(gòu)。”

低溫的使用同時也打破了對能夠使用的生物墨水類型的限制。在傳統(tǒng)的生物打印方法中，生物墨水必須具有黏性才能保持其形狀，但在較低的溫度下，大多數(shù)液體天生具有更大的黏性。

為了在低溫下生存，細(xì)胞必須借助一種低溫保存劑，這種物質(zhì)可以防止?jié)B透壓休克，并限制會破壞細(xì)胞膜的冰晶形成。Zhang的團(tuán)隊把大部分精力都放在尋找能產(chǎn)生最高細(xì)胞活力的低溫保存劑組合上。他們證明，這些組織在復(fù)活之前至少可以存活3個月。“恢復(fù)組織是相當(dāng)容易的。”Zhang說，“這就像復(fù)活任何類型的冷凍儲存的細(xì)胞。你把它們放回一個溫暖的介質(zhì)中，并使用快速解凍過程。”

為了證明這些組織可以保留其原有功能，他和同事進(jìn)行了一系列的細(xì)胞活性測試，結(jié)果表明這些細(xì)胞可以像之前一樣分化。

未來，3D生物打印的組織可以作為測試新藥的真實模型，或者幫助受傷或患病后需要替換組織的患者。能夠在較長時間里冷凍生物打印組織使得研究人員可以進(jìn)一步合作開發(fā)這些應(yīng)用，并在臨床前和臨床環(huán)境中擴(kuò)展儲存的用途。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.11.020