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3D打印肌肉肌腱单元

3D打印肌肉肌腱单元

供稿人:周李念、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:2019-03-01
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人体骨骼肌由中间的肌肉部分和两端的肌腱部分组成,部分骨骼肌拥有多个肌肉肌腱单元(Muscle-Tendon Units,MTUs),相关研究表明,骨骼肌在进行运动时,主要是以肌肉肌腱单元为基本单元进行控制的,因此,研究肌肉肌腱单元的各项工作机理,对骨骼肌的研究有着十分重要的意义。随着3D打印技术在组织工程领域的应用,越来越多的结构较为复杂的组织的制造成为可能,美国维克森林大学Tyler K Merceron等人利用3D打印技术,进行了肌肉肌腱单元的制造。

图1 肌肉肌腱单元制造 (a)肌肉肌腱单元模型(b)肌肉肌腱单元打印步骤

其打印方法如图1所示。单元整体为方块结构,如图(a),其中绿色一侧为肌肉部分,利用热塑性聚氨酯(PU)作为打印材料;红色一侧为肌腱部分,利用聚己内酯(PCL)作为打印材料。在完成上述两部分结构的打印后,进行细胞打印,肌肉部分使用了小鼠成肌细胞(C2C12),用蓝色表示,肌腱部分使用了小鼠成纤维细胞(NIH/3T3),用白色表示,所用生物墨水为含有透明质酸、明胶、纤维蛋白原的复合水凝胶。

所打印的肌肉肌腱单元结构良好,且肌肉与肌腱连接部分分界清晰,且所打印的肌肉肌腱单元肌肉一侧和肌腱一侧有着明显的力学差异。对所打印的肌肉肌腱单元进行静态培养,并对其中细胞的生长进行观察(绿色代表成肌细胞,红色代表成纤维细胞),结果如图2所示,两种细胞生长良好且均出现分化,在肌肉与肌腱连接部分有融合的趋势。利用3D打印技术制造的该肌肉肌腱单元,可用于后续骨骼肌的各项研究。

图2 肌肉肌腱单元细胞生长状况

参考文献:

  1. Merceron T K , Burt M , Seol Y J , et al. A 3D bioprinted complex structure for engineering the muscle–tendon unit[J]. Biofabrication, 2015, 7(3):035003.