倫敦帝國理工學院：用于原位內皮化的無空隙3D生物打印

供稿人:郝冠哲 賀健康

組織工程中，血管網絡對于為組織提供營養(yǎng)，氧氣和信號傳導因子，清除廢物和調節(jié)溫度和pH等調節(jié)因子至關重要。因此，可以快速制造三維血管化結構的新方法將大大促進組織修復，細胞修復和細胞修復方面的研究。目前，生物3D打印的兩個主要挑戰(zhàn)是結構保真度和有效的內皮化以實現組織血管化。

倫敦帝國理工學院生物醫(yī)學工程研究所的研究者提出了一種多功能的生物打印方法，該方法成功地克服了結構可打印性，細胞種植效率、均勻性和三維互連網絡形成的挑戰(zhàn)。

該方法使用兩種類型的生物墨水：基于明膠的模板生物墨水和可光交聯的基質生物墨水（光固化明膠），它們可以并排打印到三維結構中，兩種材料之間不產生間隙。然后將打印好的結構依次進行光交聯和溫度孵化。光交聯之后，基質生物墨水可以成膠，形成穩(wěn)定的三維結構。在37攝氏度下，作為模板生物墨水的明膠會稀化，進而從打印結構中被釋放出來，最終形成多孔的管網結構。在打印之前，在模板生物墨水（明膠）中預裝內皮細胞可以使通道原位內皮化。

圖1主要介紹無空隙生物3D打印工藝流程，其中并排打印生物相容性模板生物墨水（綠色）和基質生物墨水（黃色），然后進行基質相的光交聯和37°C孵化以釋放模板相。在模板生物墨水中預裝內皮細胞可以使通道原位內皮化。其余圖片為結構表征圖。

圖2主要介紹原位內皮化及表征。 A）比較傳統的后細胞種植方法和原位種植細胞的代表性熒光顯微照片。 B）評估細胞種植的均勻性。C）使用DNA測定法定量評估傳統后種植和原位種植的效率。D）三維晶格通道或E）三維并行通道的HUVEC滿載結構。在第七天對F）網格和G）平行設計進行了寬場熒光顯微鏡檢查和ii）共聚焦熒光顯微鏡檢查。這些圖像表明內皮化通道的普遍形成。 H）在第8天免疫染色的高放大倍數共聚焦熒光顯微鏡圖像CD31陽性表明結構通道被HUVEC完全占用。 I）HUVEC在網格通道（紫色條）和平行通道（橙色條）中的代謝活性。
總之，該研究開發(fā)了一種無空隙的生物3D打印方法，可用于制造定義準確、均勻的管狀通道的三維結構，可以在不進行后種植的情況下原位血管化。與使用單個生物墨水直接打印多孔結構的常規(guī)方法相比，該方法具有多種優(yōu)勢。并且在細胞種植方面，具有更高的效率，均勻性和對細胞密度的控制能力�？傮w而言，這種無空隙的生物3D打印方法代表了生物打印血管化方面的技術進步，該方法的簡單性和實用性將使其能夠廣泛應用于生物打印，組織工程應用。

參考文獻：
Liliang Ouyang, James P. K. Armstrong, Qu Chen, Yiyang Lin, and Molly M. Stevens. Void-Free 3D Bioprinting for In Situ Endothelialization and Microfluidic Perfusion. ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS.2019.

供稿人:郝冠哲 賀健康 供稿單位：機械制造系統工程國家重點實驗室