浙大賀永教授課題組借助微氣流打印出3D生物活性微結(jié)構(gòu)

資料來(lái)源：新華網(wǎng)、浙大科學(xué)+++
作者：周煒

浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院賀永教授課題組發(fā)明了一種新型生物3D打印方法，能夠借助微氣流，操控不同種類(lèi)的細(xì)胞形成特定結(jié)構(gòu)的微球，進(jìn)而長(zhǎng)成具有生物活性的微組織。這一方法將為體外重建器官以及實(shí)施更有效的細(xì)胞治療提供有效路徑。

相關(guān)論文Airflow‐Assisted 3D Bioprinting of Human Heterogeneous Microspheroidal Organoids with Microfluidic Nozzle近日作為封底論文刊登在WILLY旗下的SMALL雜志上。通訊作者為賀永教授、浙大機(jī)械工程學(xué)院的傅建中教授和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院的歐陽(yáng)宏偉教授。

賀永教授介紹說(shuō)，目前生物3D打印處于“初級(jí)階段”，已經(jīng)能夠精準(zhǔn)打印牙齒、骨骼等組織結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的零部件并應(yīng)用于臨床，顱骨損傷的病人也可以通過(guò)3D打印頭蓋骨實(shí)現(xiàn)整形，但天然的生物組織更為復(fù)雜。

“比如血管，由成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。如果要‘打印’血管，就需要將不同的細(xì)胞打印到一起，形成特定的結(jié)構(gòu)?！辟R永教授說(shuō)。

課題組將不同的細(xì)胞分別用水凝膠包裹制成“生物墨水”，在一個(gè)微流控芯片噴頭的控制下，一點(diǎn)點(diǎn)“吐”出“墨水”。

“用這臺(tái)機(jī)器，我們‘打’出了血管化的骨組織?！辟R永教授說(shuō)，他們第一次用兩種分別混合了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和人臍帶靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的“生物墨水”，同步打印出了帶螺旋形的微球。其中，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可定向分化為成骨細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)形成血管化細(xì)胞。經(jīng)過(guò)幾天實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)，呈螺旋形血管化的成骨類(lèi)器官就形成了。

圖：基于該方法制造的螺旋異質(zhì)凝膠微球

用這種方法，實(shí)驗(yàn)室還做出了玫瑰花、帶螺旋的微球、太極等造型的顆粒，直徑在200微米左右。總之，可以操縱細(xì)胞任意形成特定的“隊(duì)形”。

“生物墨水”的組分之一水凝膠是一種非常柔軟的物質(zhì)，如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操控是一項(xiàng)頗為艱巨的挑戰(zhàn)。

課題組用一陣“風(fēng)”巧妙解決這個(gè)難題。在一股微氣流的吹動(dòng)下，噴頭吐出的液滴不會(huì)馬上落下，而是旋轉(zhuǎn)起來(lái)，此時(shí)再根據(jù)數(shù)學(xué)建模控制不同組分生物墨水下降的方向，就能形成精致的立體結(jié)構(gòu)?！斑@個(gè)過(guò)程，有點(diǎn)像在轉(zhuǎn)動(dòng)的蛋糕模具上裱花，讓不同細(xì)胞形成特定的立體‘編隊(duì)’。”賀永教授說(shuō)。

“這一技術(shù)的精度可以達(dá)到單細(xì)胞分辨率”賀永教授說(shuō)，與現(xiàn)有生物制造方法相比，其特點(diǎn)是首次實(shí)現(xiàn)了在微小空間內(nèi)三維結(jié)構(gòu)的可控成型，為體外重建復(fù)雜類(lèi)器官提供了新思路。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.201870181