生物打印以其快速、精準(zhǔn)、個(gè)性化等優(yōu)點(diǎn)在組織構(gòu)建中逐漸展現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于實(shí)體組織打印，復(fù)雜空腔組織的打印構(gòu)建，對(duì)于可打印水凝膠材料生物相容性、力學(xué)強(qiáng)度、打印可塑性等特性的要求更加嚴(yán)格。對(duì)于空腔組織或器官的不同亞層結(jié)構(gòu)，如何準(zhǔn)確構(gòu)建、打印管腔結(jié)構(gòu)以及如何維持中空管道功能等問(wèn)題，尚面臨諸多挑戰(zhàn)。

上海交通大學(xué)皮慶猛博士在哈佛博士后工作期間，在哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Yu Shrike Zhang教授指導(dǎo)下，與同事一起自行設(shè)計(jì)了一種新型同軸多通道生物打印系統(tǒng)（MCCES）（如圖1），以實(shí)現(xiàn)空腔組織或器官不同亞層結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，將優(yōu)化的復(fù)合水凝膠復(fù)合細(xì)胞后，可以借助這一新型打印系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一次性同步區(qū)分打印不同亞層結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足不影響細(xì)胞活力的前提下，增強(qiáng)管腔結(jié)構(gòu)一定的力學(xué)強(qiáng)度，并精準(zhǔn)同步打印具有2層（或2層以上）亞層結(jié)構(gòu)的空腔組織。這項(xiàng)研究為體外構(gòu)建復(fù)雜空腔組織或器官提供了新的方法，也得到國(guó)際同行的認(rèn)可，該項(xiàng)工作日前正式發(fā)表在國(guó)際生物材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊Advanced Materials（最新影響因子21.95）。

圖1.同軸多通道生物打印系統(tǒng)快速構(gòu)建空腔管狀結(jié)構(gòu)。（圖片來(lái)自Advanced Materials）

研究者自行研制新型的同軸多通道打印系統(tǒng)，分別同步構(gòu)建內(nèi)、外亞層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確構(gòu)建不同亞層的設(shè)想（如圖2）。采用Alginate+GelMA+PEGOA混合水凝膠，利用鈣離子交聯(lián)、聯(lián)合光敏交聯(lián)固化的方法，增加打印過(guò)程中的復(fù)層管型結(jié)構(gòu)的可塑性。研究證實(shí)，打印后空腔結(jié)構(gòu)具有良好的灌注功能。

圖2.打印空腔管狀結(jié)構(gòu)水平面及橫斷面鏡下觀。（圖片來(lái)自Advanced Materials）

圖3.單層雙層空腔管狀結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)性。（圖片來(lái)自Advanced Materials）

通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)在同一根管腔結(jié)構(gòu)反復(fù)切換的設(shè)想（如圖3）。將血管細(xì)胞（內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞）、尿道細(xì)胞（上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞）分別與復(fù)合水凝膠混合后，利用MCCES打印復(fù)層管腔組織，體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞活力在80%以上，細(xì)胞在水凝膠支架材料上可以充分鋪展生長(zhǎng)，表達(dá)血管內(nèi)皮細(xì)胞（CD31/VE-Cadherin)和血管平滑肌細(xì)胞（SMA）等特異標(biāo)志物。

該項(xiàng)工作首次采用自行研發(fā)的同軸多通道生物打印系統(tǒng)（MCCES）可調(diào)控性構(gòu)建復(fù)雜空腔組織設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)了不同亞層結(jié)構(gòu)一次性同步準(zhǔn)確構(gòu)建的設(shè)想。實(shí)驗(yàn)證實(shí)血管、尿道等空腔組織可以通過(guò)該新型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，快速構(gòu)建含有不同功能細(xì)胞的復(fù)層空腔結(jié)構(gòu)。該研究系統(tǒng)有望用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空腔組織或器官的精準(zhǔn)構(gòu)建，體外血管、腸道、泌尿系統(tǒng)等空腔臟器疾病模型模擬、藥物篩選、組織移植替代物等諸多領(lǐng)域。

該工作日前發(fā)表于生物材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊Advanced Materials,由哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Yu Shrike Zhang課題組完成。加州大學(xué)洛杉磯分校Ali Khademhoseini教授為共同通訊作者。論文第一作者為哈佛大學(xué)博士后皮慶猛博士，來(lái)自上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院整形外科。共同作者還包括哈佛大學(xué)博士后Sushila博士, 南京大學(xué)燕翔博士，及北京航空航天大學(xué)劉肖博士。

論文鏈接：

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

來(lái)源：高分子科學(xué)前沿