供稿人：徐辰雨、賀健康 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2024-12-21
打印充滿仿生血管網(wǎng)絡(luò)的人體組織和器官正逐漸引起研究人員的興趣。如果不能嵌入可立即定位和可灌注的脈管系統(tǒng)，工程人體組織就不能在提供治療效果所需的時(shí)間內(nèi)保持活力。擠出式、嵌入式和光基生物打印的最新研究已經(jīng)開始滿足這一關(guān)鍵需求。然而，目前還沒有一種方法對(duì)分層分支血管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模。因此，制造充滿仿生血管網(wǎng)絡(luò)的器官特異性人體組織仍然是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。
哈佛大學(xué)Paul P.stankey等人開發(fā)一種可以同軸犧牲打印功能組織(co-SWIFT)的嵌入式生物打印方法，能夠在顆粒狀水凝膠和密集細(xì)胞基質(zhì)中生成分層分支、多層血管網(wǎng)絡(luò)。通過此方法打印出的心臟組織在灌注下成熟，同步跳動(dòng)，并表現(xiàn)出對(duì)心臟有效的藥物反應(yīng)。這一進(jìn)展為藥物測(cè)試、疾病建模和治療用途的血管化器官特異性組織的可擴(kuò)展生物制造開辟了新的途徑。
圖 1 展示了功能組織中的同軸犧牲打印工藝原理。研究人員設(shè)計(jì)了一種新型的同軸打印頭。該打印頭由一個(gè)擴(kuò)展的芯-殼噴嘴組成，具有兩個(gè)獨(dú)立可控的流體通道，用于芯和殼油墨。使用優(yōu)化的芯-殼墨水組合，由圍繞可灌注管腔的平滑肌細(xì)胞負(fù)載殼組成的仿生血管被同軸打印到由透明藻酸鹽微粒、犧牲微粒負(fù)載膠原蛋白或源自人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的心臟球體的顆粒基質(zhì)中。
圖1 同軸犧牲打印工藝原理
由此方法打印出的仿生血管網(wǎng)絡(luò)由 SMC 負(fù)載殼墨水圍繞犧牲明膠核心墨水組成，該墨水位于 μPOROS 基質(zhì)內(nèi)，并在打印期間保持在其凝膠溫度以下。打印后加熱至 37°C 后，殼墨水和 μPOROS 基質(zhì)中的膠原蛋白凝膠化和交聯(lián)，同時(shí)熔化犧牲明膠核心。SMC 負(fù)載殼墨水凝膠化形成血管壁，血管壁環(huán)繞著去除核心墨水后形成的互連管腔網(wǎng)絡(luò)，并將內(nèi)皮細(xì)胞接種到嵌入血管的管腔表面上。培養(yǎng)后，平滑肌細(xì)胞包圍的匯合內(nèi)皮細(xì)胞層組成血管。
圖2 仿生血管的內(nèi)皮化
本文展示了一種基于同軸的生物打印方法，能夠?qū)⒎种Ф鄬友芫W(wǎng)絡(luò)嵌入無細(xì)胞和密集細(xì)胞組織基質(zhì)中。通過設(shè)計(jì)、制造和實(shí)施定制的擴(kuò)展核心-外殼噴嘴，打印由圍繞犧牲核心墨水的載有平滑肌細(xì)胞的外殼墨水組成的分層分支血管。這種網(wǎng)絡(luò)具有相互連接的管腔，管腔被平滑肌細(xì)胞包裹并接種內(nèi)皮細(xì)胞以形成具有良好屏障功能的融合內(nèi)皮，為在軟組織和活組織結(jié)構(gòu)中嵌入仿生血管網(wǎng)絡(luò)提供了有利的進(jìn)展。