體積3D打印仿生支架支持人乳汁來源乳腺上皮細胞體外泌乳

來源：EFL生物3D打印與生物制造

人類母乳對嬰兒營養(yǎng)與健康至關(guān)重要，但當(dāng)前對泌乳生物學(xué)的理解因依賴哺乳期母親的相關(guān)性研究而受限，且現(xiàn)有體外泌乳模型多基于類器官，存在形成率低、壽命短、物種差異大等問題，傳統(tǒng)生物打印也難以精確復(fù)制乳腺結(jié)構(gòu)。來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Marcy Zenobi-Wong教授團隊，利用體積打印技術(shù)，將牛乳腺脫細胞外基質(zhì)（dECM）制備成仿生支架，并結(jié)合人乳汁來源的乳腺上皮細胞（MECs），成功構(gòu)建了支持MECs體外泌乳的三維模型，該模型可分泌β-酪蛋白和乳脂球，為研究泌乳調(diào)控因素提供了新平臺。相關(guān)工作以“Volumetric printed biomimetic scaffolds support in vitro lactation of human milk-derived mammary epithelial cells”為題發(fā)表在《Science Advances》上。

研究內(nèi)容
1. 3D打印人肺泡組織模型圖，通過模仿體內(nèi)乳腺導(dǎo)管/肺泡（D/A）的形狀設(shè)計3D模型，優(yōu)化基于乳腺脫細胞外基質(zhì)（dECM）的光固化樹脂以匹配天然乳腺組織的機械性能，再利用體積打印機打印D/A模型并接種人乳汁來源的乳腺上皮細胞（MECs），研究了人肺泡組織的3D打印構(gòu)建及MECs在其上的行為。結(jié)果表明，MECs在打印表面形成穩(wěn)定上皮層，并能分泌β-酪蛋白和乳脂球，為研究泌乳相關(guān)因素提供了模型基礎(chǔ)。   

圖1. 3D打印人肺泡組織模型圖。   

2. 人乳汁來源原代MECs的2D體外培養(yǎng)表型特征圖，通過對人乳汁細胞進行分離、擴增，并運用流式細胞術(shù)、Western blot及免疫熒光染色等方法，研究了MECs在體外培養(yǎng)過程中的表型及功能變化。結(jié)果顯示，乳汁MECs可擴增至少三代，保留上皮表型及催乳素受體（PRLR）表達，且能分泌催乳素，具備體外泌乳潛力。   

圖2. 人乳汁來源原代MECs的2D體外培養(yǎng)表型特征圖。   

3. 乳腺組織dECM用于光基打印的特性分析圖，通過從泌乳期牛乳腺組織提取dECM，進行凝膠測試、組織學(xué)染色、蛋白質(zhì)定量及蛋白質(zhì)組學(xué)分析，研究了dECM的成分與生物活性。結(jié)果表明，dECM保留了膠原、彈性蛋白及糖胺聚糖等關(guān)鍵細胞外基質(zhì)成分，經(jīng)離心處理后可用于光基打印，為構(gòu)建仿生支架提供了生物材料。   

圖3. 乳腺組織dECM用于光基打印的特性分析圖。   

4. 乳腺組織工程用dECMmam/Col-I的高分辨率體積打印圖，通過采用釕/過硫酸鈉（Ru/SPS）光引發(fā)體系，優(yōu)化dECM與膠原I（Col-I）的配比，進行光流變學(xué)及機械性能測試，研究了打印支架的制備工藝與性能。結(jié)果顯示，打印的dECMmam/Col-I結(jié)構(gòu)分辨率達300 μm，機械性能穩(wěn)定，能維持形狀超1個月，可精確模擬乳腺組織生物物理特性。   

圖4. 乳腺組織工程用dECMmam/Col-I的高分辨率體積打印圖。   

5.  VP dECMmam/Col-I肺泡支持乳汁MEC體外功能圖，通過設(shè)計直徑約800 μm的通道及1500 μm的肺泡樣D/A單位，接種MECs后進行免疫熒光染色、RT-qPCR及ELISA檢測，研究了MECs在打印支架上的泌乳能力。結(jié)果表明，MECs在支架上形成連續(xù)單層，分泌β-酪蛋白、乳脂球等乳成分，且材料剛度影響細胞分支行為，驗證了模型在泌乳研究中的適用性。   

圖5. VP dECMmam/Col-I肺泡支持乳汁MEC體外功能圖。

研究結(jié)論
本研究開發(fā)了一種基于光響應(yīng)性乳腺脫細胞外基質(zhì)（dECM）的體積打印仿生支架，結(jié)合人乳汁來源的乳腺上皮細胞（MECs）構(gòu)建了體外泌乳模型。研究表明，該模型中MECs可在打印的乳腺導(dǎo)管/肺泡（D/A）結(jié)構(gòu)表面形成穩(wěn)定上皮層，并分泌β-酪蛋白和乳脂球等乳汁成分。模型還能保留泌乳相關(guān)基因（如STAT5、PRLR）的表達，且材料剛度可調(diào)控細胞分支行為。非傳統(tǒng)的乳汁MECs來源為研究提供了新途徑，該體積打印平臺為探索激素、營養(yǎng)和機械生物學(xué)等因素對泌乳的影響提供了可控的體外研究工具，有望推動乳腺組織生物學(xué)和泌乳相關(guān)研究的發(fā)展。

文章來源：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu5793