生物打印來源于誘導多能干細胞的人皮層神經(jīng)構(gòu)筑體

供稿人:王森 王玲

生物打印技術(shù)使用生物相容性和流變性合適的的生物材料和合成材料，并添加細胞制成的生物墨水，以可控的方式構(gòu)建微尺度分辨率三維結(jié)構(gòu)。神經(jīng)組織的多細胞特征是的生物打印制備的挑戰(zhàn)，利用誘導多能干細胞(iPSCs)分化得到的多種類型細胞提供了有效的解決方案。意大利理工學院生命納米科學中心的Federico Salaris等人報告了利用iPSCs來源的皮層神經(jīng)元和膠質(zhì)前體細胞生物打印神經(jīng)結(jié)構(gòu)體的研究。實驗結(jié)果表明在短期和長期內(nèi)，基于擠壓的打印過程不會損害細胞的生存能力。生物打印的細胞可以進一步分化，并適當表達神經(jīng)元和星形細胞。3D生物打印神經(jīng)細胞的功能分析顯示了了早期神經(jīng)網(wǎng)絡活動行為。這項工作為通過生物打印來自多能干細胞的神經(jīng)細胞來生成更復雜、更可靠的人類神經(jīng)系統(tǒng)奠定了基礎。

該研究采用的生物墨水成分是海藻酸鈉/基質(zhì)膠，并預先在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)誘導分化多能干細胞獲取皮層神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞前體細胞作為種子細胞。采用擠出式同軸噴頭打印工藝，裝有生物墨水的螺旋形內(nèi)通道置于冰浴中，保持基質(zhì)膠的不會凝固，打印時海藻酸鈉與外通道的氯化鈣瞬時交聯(lián)形成打印結(jié)構(gòu)。打印后整體組織置于細胞培養(yǎng)箱中孵育引發(fā)基質(zhì)膠成分凝膠化，之后在海藻酸鈉裂解酶溶液中處理去除海藻酸鈉。

圖1 3D生物打印方法及打印后細胞活性分析

表征了打印的神經(jīng)組織構(gòu)筑體的細胞活性,細胞分化情況及電生理功能。圖1（E）分析了打印后不同時間（DPP）的細胞存活率，DPP1(78±3.8%),DPP7(71±3.5%),DPP50(68±8%)。表明在打印過程和生物墨水成分在短期和長期內(nèi)均未對神經(jīng)細胞造成損害。圖2（A）顯示了2D培養(yǎng)生物墨水液滴培養(yǎng)和打印培養(yǎng)情況下的細胞相差圖，圖（B）表現(xiàn)了神經(jīng)細胞標記物的RT-PCR分析結(jié)果，神經(jīng)祖細胞（PAX6,FOXG1,TBR2）,皮層神經(jīng)元（TBR1），星形膠質(zhì)細胞（GFAP）。圖3所示的膜片鉗記錄結(jié)果表明了典型的神經(jīng)元祖細胞的電生理特性，鈣離子成像結(jié)果顯示了其早期不成熟的網(wǎng)絡活動行為，表明打印對組織功能沒有明顯影響。

圖2 神經(jīng)細胞標記物的表達分析

圖3 打印神經(jīng)組織的功能分析

參考文獻：
SALARIS F, COLOSI C, BRIGHI C, et al. 3D Bioprinted Human Cortical Neural Constructs Derived from Induced Pluripotent Stem Cells.[J]. Journal of clinical medicine, 2019, 8(10). DOI:10.3390/jcm8101595.

供稿人:王森 王玲
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室