原位內(nèi)皮化與灌流的生物3D打印方法

供稿人:顧恒 連芩
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　

血管網(wǎng)在為組織提供營養(yǎng)、氧氣，代謝廢物，傳導信號，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度和PH等方面起著重要作用。因此快速制造三維血管網(wǎng)結(jié)構(gòu)將大大促進組織修復、細胞治療和藥物篩選的研究。

為此，英國帝國理工學院的Ouyang等人提出了一種通用的打印方法意在克服三維結(jié)構(gòu)保真性、細胞分布均勻性和血管網(wǎng)絡互通性等方面的挑戰(zhàn)。該方法無需借助模板或細胞種植的方式，通過交替打印含有內(nèi)皮細胞的明膠和GelMA水凝膠材料來實現(xiàn)原位內(nèi)皮化。如圖1所示，明膠材料具有溫敏特性，溫度交聯(lián)具有可逆性。GelMA材料具有光敏特性，在光引發(fā)劑的作用下利用紫外光交聯(lián)具有不可逆性。利用上述特性交替打印這兩種材料并分別交聯(lián)，37℃下明膠呈液相，流失后可留下孔隙網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

圖 1 原位內(nèi)皮化制造方法

為了研究內(nèi)皮細胞的原位內(nèi)皮化效果，研究人員設計了兩種結(jié)構(gòu)： 第一個是的柵格結(jié)構(gòu)，在相鄰層之間具有正交定向的互連通道；第二種相互平行的通道結(jié)構(gòu)。第7天的培養(yǎng)結(jié)果如圖2所示。通過免疫染色也顯示了內(nèi)皮細胞粘附標記蛋白CD31的表達，證實內(nèi)皮細胞已經(jīng)形成匯合的單層。

圖 2 柵格通道和平行通道的內(nèi)皮細胞分化結(jié)果

與同軸打印、模板制造、內(nèi)皮細胞種植等仿生血管制造方法相比，該方法具有幾點優(yōu)勢：（1）可直接制造具有管狀結(jié)構(gòu)的連通網(wǎng)絡（2）細胞分布均勻性更高（3）可定制化打印不同的通道結(jié)構(gòu)。該方法除了用于組織的制造，還可以用于基于水凝膠的微流控技術(shù)和自支撐、可灌流的水凝膠結(jié)構(gòu)的研究中。

參考文獻：
Ouyang L , Armstrong J P K , Chen Q , et al. Void‐Free 3D Bioprinting for In Situ Endothelialization and Microfluidic Perfusion[J]. Advanced Functional Materials, 2020, 30(1)