3D打印支架在乳腺切除及組織再生中的應用

來源：增材之光

比利時和德國的研究人員探索了生物打印的主題，并在最近發(fā)表的“基于MSC的脂肪組織工程的不同孔徑3D打印明膠支架的評估”中評估了生物相容性結構。通過乳房切除術或其他類型的涉及軟組織的創(chuàng)傷，研究團隊3D打印并評估了基于明膠的支架樣品。

乳腺癌在全球范圍內都很普遍，甚至具有潛在的破壞性，因此，人們正在進行有關軟組織再生的診斷、治療和程序的持續(xù)研究。但是，當今的許多方法都存在障礙。從顯微外科手術并發(fā)癥到高吸收率。隨著脂肪組織工程的出現(xiàn)，通過間充質基質細胞（MSCs）和生物材料的整合存在再生的潛力。

在這項研究中，可光交聯(lián)的甲基丙烯酸明膠（Gel-MA）是首選材料，因為它具有與細胞相互作用的能力以及與細胞外基質中膠原蛋白相似的優(yōu)點。研究人員研究了多孔3D支架內骨髓來源MSC的成脂分化行為。它們不是“限制”細胞，而是允許三種關鍵活動：空間擴散、移動和分布。使用3D打印的樣本，研究團隊能夠控制參數(shù)并輕松更改3D文件和生成的3D打印。

該團隊使用基于擠壓的3D打印形式，以400至800 μm的撐桿間距改變了樣品支架。相應的孔徑為230±24 μm（400），302±30 μm（500），348±28 μm（600）和531±33 μm（800）。使用基于擠壓的3D打印形式，研究團隊將支撐間距改為400至800μm的樣品支架。形成了相應的孔徑230±24μm（400）、302±30μm（500）、348±28μm（600）和531±33μm（800）。

在打印過程中，通過維護以下方面來保持對高形狀保真度支架的控制：
•恒壓（120 kPa）
•溫度（30°C）
•寫入速度（10mm s-1）

研究人員還保持了紫外線照射時間的一致性，并采用了高精度噴嘴（150 μm）來制作穩(wěn)定的支架，所有支架都顯示出相似的支柱寬度。盡管所有樣品都可以吸收水，但在毛孔較大的樣品中，這種能力有所提高�？傮w而言，研究團隊指出，樣品支架的膨脹和機械性能之間存在聯(lián)系，這是由于質量膨脹比不斷增加，而壓縮模量卻在下降。

MSC在擠出打印支架上的成脂分化。a）與支架相比，骨髓間充質干細胞的脂肪表達標記物PPAR-γ，LPL，F(xiàn)ABP和FASN基因的表達。b）明場和c）免疫熒光圖像顯示在成脂培養(yǎng)基中培養(yǎng)8天后清晰可見的脂滴。d）通過將尼羅紅（染色脂質滴）面積歸一化為核數(shù)來量化成脂分化。除（c）中的TCP面板為100 μm外，所有圖像中的比例尺均表示200 μm。

盡管所有組中擠出的Gel-MA剛度都為3-4 kPa，模仿了天然軟組織的順應性，但隨著孔徑的增加，壓縮模量的變化反映了支架的宏觀結構完整性。在未來的工作中，保持低剛度以促進成脂分化，同時改善結構穩(wěn)定性以提高植入操作性可能涉及用次級顆粒或相來增強油墨。

在所有孔徑（200-600 μm）的支架中，MSC均能很好地分化為成脂譜系。但是，空間分布和細胞浸潤各不相同，因此具有較大孔徑（> 500 μm）的支架支持同時分化和浸潤。這些發(fā)現(xiàn)表明，在設計3D軟組織再生支架時，考慮設計參數(shù)（例如孔徑）至關重要

細胞和脂質滴在支架中的空間分布。a）在每種支架類型上，用DAPI（細胞核）和尼羅紅（脂滴）染色的代表性支架截面顯示細胞浸潤和成脂分化細胞的空間分布差異。在支架的不同區(qū)域中對b）細胞和c）尼羅紅陽性區(qū)域的定量。

生物打印和支架的研究不斷擴大，盡管對乳腺癌等疾病的研究至關重要，但其他科學家已經(jīng)發(fā)表了有關種植真皮成纖維細胞，促進軟骨生長，3D打印用于骨替代的研究，在這個非常重要的領域中還有其他正在進行的項目。