哈佛大学医学院Yu Shrike Zhang课题组联合上海交大-仁济医院合作发表3D生物打印精准构建复层空腔组织的最新研究

生物打印以其快速、精准、个性化等优点在组织构建中逐渐展现优势。相对于实体组织打印，复杂空腔组织的打印构建，对于可打印水凝胶材料生物相容性、力学强度、打印可塑性等特性的要求更加严格。对于空腔组织或器官的不同亚层结构，如何准确构建、打印管腔结构以及如何维持中空管道功能等问题，尚面临诸多挑战。

上海交通大学皮庆猛博士在哈佛博士后工作期间， 在哈佛大学医学院Yu Shrike Zhang教授指导下，与同事一起自行设计了一种新型同轴多通道生物打印系统（MCCES）（如图1），以实现空腔组织或器官不同亚层结构的构建。实验证实，将优化的复合水凝胶复合细胞后，可以借助这一新型打印系统实现一次性同步区分打印不同亚层结构，满足不影响细胞活力的前提下，增强管腔结构一定的力学强度，并精准同步打印具有2层（或2层以上）亚层结构的空腔组织。这项研究为体外构建复杂空腔组织或器官提供了新的方法，也得到国际同行的认可，该项工作日前正式发表在国际生物材料领域顶级期刊Advanced Materials（最新影响因子21.95）。

图1.同轴多通道生物打印系统快速构建空腔管状结构。（图片来自Advanced Materials）

研究者自行研制新型的同轴多通道打印系统，分别同步构建内、外亚层结构，实现了准确构建不同亚层的设想（如图2）。采用Alginate+GelMA+PEGOA混合水凝胶，利用钙离子交联、联合光敏交联固化的方法，增加打印过程中的复层管型结构的可塑性。研究证实，打印后空腔结构具有良好的灌注功能。

图2.打印空腔管状结构水平面及横断面镜下观。（图片来自Advanced Materials）

图3.单层双层空腔管状结构可调节性。（图片来自Advanced Materials）

通过控制系统实现，单层结构、双层结构在同一根管腔结构反复切换的设想（如图3）。将血管细胞（内皮细胞、平滑肌细胞）、尿道细胞（上皮细胞、平滑肌细胞）分别与复合水凝胶混合后，利用MCCES打印复层管腔组织，体外培养发现，细胞活力在80%以上，细胞在水凝胶支架材料上可以充分铺展生长，表达血管内皮细胞（CD31/VE-Cadherin)和血管平滑肌细胞（SMA）等特异标志物。

该项工作首次采用自行研发的同轴多通道生物打印系统（MCCES）可调控性构建复杂空腔组织设计理念，实现了不同亚层结构一次性同步准确构建的设想。实验证实血管、尿道等空腔组织可以通过该新型设计系统，快速构建含有不同功能细胞的复层空腔结构。该研究系统有望用于实现复杂空腔组织或器官的精准构建，体外血管、肠道、泌尿系统等空腔脏器疾病模型模拟、药物筛选、组织移植替代物等诸多领域。

该工作日前发表于生物材料领域顶级期刊Advanced Materials, 由哈佛大学医学院Yu Shrike Zhang课题组完成。加州大学洛杉矶分校Ali Khademhoseini教授为共同通讯作者。论文第一作者为哈佛大学博士后皮庆猛博士，来自上海交通大学医学院附属仁济医院整形外科。共同作者还包括哈佛大学博士后Sushila博士, 南京大学燕翔博士，及北京航空航天大学刘肖博士。

论文链接：

Qingmeng Pi, Sushila Maharjan, Xiang Yan, Xiao Liu, Bijay Singh, Anne Metje van Genderen, Felipe Robledo-Padilla, Roberto Parra-Saldivar, Ning Hu, Weitao Jia, Changliang Xu, Jian Kang, Shabir Hassan, Haibo Cheng, Xu Hou, Ali Khademhosseini, Yu Shrike Zhang.Digitally Tunable Microflidic Bioprinting of Multilayered Cannular Tissues.Advanced Materials2018 August

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201706913

本文由HST供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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