供稿人:王森 王玲 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2020-06-29
生物打印技术使用生物相容性和流变性合适的的生物材料和合成材料，并添加细胞制成的生物墨水，以可控的方式构建微尺度分辨率三维结构。神经组织的多细胞特征是的生物打印制备的挑战，利用诱导多能干细胞(iPSCs)分化得到的多种类型细胞提供了有效的解决方案。意大利理工学院生命纳米科学中心的Federico Salaris等人报告了利用iPSCs来源的皮层神经元和胶质前体细胞生物打印神经结构体的研究。实验结果表明在短期和长期内，基于挤压的打印过程不会损害细胞的生存能力。生物打印的细胞可以进一步分化，并适当表达神经元和星形细胞。3D生物打印神经细胞的功能分析显示了了早期神经网络活动行为。这项工作为通过生物打印来自多能干细胞的神经细胞来生成更复杂、更可靠的人类神经系统奠定了基础。
该研究采用的生物墨水成分是海藻酸钠/基质胶，并预先在培养皿中培养诱导分化多能干细胞获取皮层神经元和胶质细胞前体细胞作为种子细胞。采用挤出式同轴喷头打印工艺，装有生物墨水的螺旋形内通道置于冰浴中，保持基质胶的不会凝固，打印时海藻酸钠与外通道的氯化钙瞬时交联形成打印结构。打印后整体组织置于细胞培养箱中孵育引发基质胶成分凝胶化，之后在海藻酸钠裂解酶溶液中处理去除海藻酸钠。
图1 3D生物打印方法及打印后细胞活性分析
表征了打印的神经组织构筑体的细胞活性,细胞分化情况及电生理功能。图1（E）分析了打印后不同时间（DPP）的细胞存活率，DPP1(78±3.8%),DPP7(71±3.5%),DPP50(68±8%)。表明在打印过程和生物墨水成分在短期和长期内均未对神经细胞造成损害。图2（A）显示了2D培养生物墨水液滴培养和打印培养情况下的细胞相差图，图（B）表现了神经细胞标记物的RT-PCR分析结果，神经祖细胞（PAX6,FOXG1,TBR2）,皮层神经元（TBR1），星形胶质细胞（GFAP）。图3所示的膜片钳记录结果表明了典型的神经元祖细胞的电生理特性，钙离子成像结果显示了其早期不成熟的网络活动行为，表明打印对组织功能没有明显影响。
图2 神经细胞标记物的表达分析
图3 打印神经组织的功能分析