供稿人:王慧超，连芩 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2018-12-24
生物3D打印能够沉积含有细胞的生物材料，从而形成一定的三维结构，常被用于制造复杂的仿生组织结构，尤其是脉管结构。目前主要的构建脉管方法是逐层堆叠法和使用牺牲材料，但是其打印速度较慢，而且打印过程较为繁琐，不能直接在打印结构上灌注流体。上海交通大学医学院附属仁济医院整形外科皮庆猛博士在国际生物材料杂志《Advanced Materials》发表文章，提出了一种多通道同轴挤出系统（MCCES），可以一次性打印周向多层环状结构，并能直接用于灌流。
该研究中使用的生物材料为7%（w/v）GelMA，2%（w/v）海藻酸钠和2%（w/v）三季戊四醇核（PEGOA），既保证了打印结构的机械强度，也能够促进细胞生长和增殖。图1A展示了MCCES系统示意图，其分为3个供料口，1和2提供装载有不同细胞的生物材料，3提供用于交联的氯化钙溶液。图1B展示了打印结构示意图，通过钙离子和生物材料交联以及光致GelMA交联，形成稳定的空心管结构。图1C展示了荧光试剂标记细胞下该系统打印的空心管结构。通过间歇性关闭1或2可以打印出单层管和双层管间歇交替结构。在后续灌流实验中，结果显示，使用该系统打印的空心管结构具有良好的结构完整性并且不会出现流体泄露。
图1 多通道同轴挤出系统的组成及打印过程示意图
人体尿道由三个细胞层组成，包括尿道上皮细胞，成纤维细胞和平滑肌细胞，传统的打印工艺难以构建仿生尿道结构，而MCCES系统则可以实现，未来可用于构建仿生尿道治疗相关疾病。同时，人体血管结构也有内皮细胞层，中间平滑肌层合成纤维细胞外层组成，构建仿生血管结构用于医学也是一个难题，文章中提到，静脉内皮细胞和血管平滑肌细胞均可在MCCES系统打印结构中生长和增殖，并具有形成网状结构的能力。未来MCCES系统有望用于构建人体仿生脉管组织并用于临床。