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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(xì)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(xì)胞特征是的生物打印制備的挑戰(zhàn)，利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)分化得到的多種類型細(xì)胞提供了有效的解決方案。意大利理工學(xué)院生命納米科學(xué)中心的Federico Salaris等人報(bào)告了利用iPSCs來(lái)源的皮層神經(jīng)元和膠質(zhì)前體細(xì)胞生物打印神經(jīng)結(jié)構(gòu)體的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在短期和長(zhǎng)期內(nèi)，基于擠壓的打印過(guò)程不會(huì)損害細(xì)胞的生存能力。生物打印的細(xì)胞可以進(jìn)一步分化，并適當(dāng)表達(dá)神經(jīng)元和星形細(xì)胞。3D生物打印神經(jīng)細(xì)胞的功能分析顯示了了早期神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)行為。這項(xiàng)工作為通過(guò)生物打印來(lái)自多能干細(xì)胞的神經(jīng)細(xì)胞來(lái)生成更復(fù)雜、更可靠的人類神經(jīng)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

該研究采用的生物墨水成分是海藻酸鈉/基質(zhì)膠，并預(yù)先在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)誘導(dǎo)分化多能干細(xì)胞獲取皮層神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞作為種子細(xì)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(huì)凝固，打印時(shí)海藻酸鈉與外通道的氯化鈣瞬時(shí)交聯(lián)形成打印結(jié)構(gòu)。打印后整體組織置于細(xì)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。

表征了打印的神經(jīng)組織構(gòu)筑體的細(xì)胞活性,細(xì)胞分化情況及電生理功能。圖1（E）分析了打印后不同時(shí)間（DPP）的細(xì)胞存活率，DPP1(78±3.8%),DPP7(71±3.5%),DPP50(68±8%)。表明在打印過(guò)程和生物墨水成分在短期和長(zhǎng)期內(nèi)均未對(duì)神經(jīng)細(xì)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(xì)胞相差圖，圖（B）表現(xiàn)了神經(jīng)細(xì)胞標(biāo)記物的RT-PCR分析結(jié)果，神經(jīng)祖細(xì)胞（PAX6,FOXG1,TBR2）,皮層神經(jīng)元（TBR1），星形膠質(zhì)細(xì)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(xì)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(luò)活動(dòng)行為，表明打印對(duì)組織功能沒(méi)有明顯影響。

參考文獻(xiàn)：

1. 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.