浙江大學(xué)：同步3D生物打印帶有營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)的大尺度細(xì)胞構(gòu)建體

供稿人:王慧超，連芩
供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3D生物打印制造大尺度組織或器官時(shí)，如何維持組織結(jié)構(gòu)中細(xì)胞有充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣供應(yīng)是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，在打印時(shí)預(yù)先建立營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)是組織工程化厚組織制造的有效方法。

近日，浙江大學(xué)流體動(dòng)力與機(jī)電系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員提出了一種新的方法來(lái)生物打印具有營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)的大尺度組織結(jié)構(gòu)。研究人員開發(fā)了一種特殊的噴嘴，它可以在一根細(xì)絲中同時(shí)打印生物墨水（GelMA）和犧牲墨水（明膠），如圖1所示。

圖1 直接生物打印營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)，并將營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)和充滿細(xì)胞結(jié)構(gòu)體進(jìn)行同步生物打印

由于明膠可逆熱交聯(lián)性質(zhì)，在其打印完成后可被溶解掉，而GelMA由于其不可逆光交聯(lián)性質(zhì)可以維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，形成營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)，來(lái)促進(jìn)氧氣、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和廢料的擴(kuò)散，從而促進(jìn)細(xì)胞活性和功能組織的生成。裝載細(xì)胞的生物墨水和犧牲墨水同時(shí)打印可以促進(jìn)彼此的可打印性以維持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此可以輕松地打印帶有營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜的帶細(xì)胞的柔性結(jié)構(gòu)，也可以使用單個(gè)擠出系統(tǒng)制造復(fù)雜的異構(gòu)結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示。

圖2 生物打印制造具有營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體：實(shí)心鼻子和骨結(jié)構(gòu)

圖3 具有營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)的多隔室構(gòu)造的3D生物打印

此外，封裝在具有營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)的生物打印大尺度構(gòu)建體（≥1 cm）中的成骨細(xì)胞和人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞具有較強(qiáng)的細(xì)胞活性并在培養(yǎng)期內(nèi)鋪展。在組織工程化應(yīng)用中，這項(xiàng)技術(shù)有潛力對(duì)大型組織進(jìn)行生物打印并包含營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)，未來(lái)可在器官移植和修復(fù)中有所應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：
Lei Shao, Qing Gao, et al. Synchronous 3D Bioprinting of Large-Scale Cell-Laden Constructs with Nutrient Networks[J]. Advanced Materials, 2019.