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原位内皮化与灌流的生物3D打印方法

原位内皮化与灌流的生物3D打印方法

供稿人:顾恒 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:2020-07-29
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血管网在为组织提供营养、氧气,代谢废物,传导信号,调节环境温度和PH等方面起着重要作用。因此快速制造三维血管网结构将大大促进组织修复、细胞治疗和药物筛选的研究。

为此,英国帝国理工学院的Ouyang等人提出了一种通用的打印方法意在克服三维结构保真性、细胞分布均匀性和血管网络互通性等方面的挑战。该方法无需借助模板或细胞种植的方式,通过交替打印含有内皮细胞的明胶和GelMA水凝胶材料来实现原位内皮化。如图1所示,明胶材料具有温敏特性,温度交联具有可逆性。GelMA材料具有光敏特性,在光引发剂的作用下利用紫外光交联具有不可逆性。利用上述特性交替打印这两种材料并分别交联,37℃下明胶呈液相,流失后可留下孔隙网络结构。

图 1 原位内皮化制造方法

为了研究内皮细胞的原位内皮化效果,研究人员设计了两种结构: 第一个是的栅格结构,在相邻层之间具有正交定向的互连通道;第二种相互平行的通道结构。第7天的培养结果如图2所示。通过免疫染色也显示了内皮细胞粘附标记蛋白CD31的表达,证实内皮细胞已经形成汇合的单层。

图 2 栅格通道和平行通道的内皮细胞分化结果

与同轴打印、模板制造、内皮细胞种植等仿生血管制造方法相比,该方法具有几点优势:(1)可直接制造具有管状结构的连通网络(2)细胞分布均匀性更高(3)可定制化打印不同的通道结构。该方法除了用于组织的制造,还可以用于基于水凝胶的微流控技术和自支撑、可灌流的水凝胶结构的研究中。

参考文献:

  1. Ouyang L , Armstrong J P K , Chen Q , et al. Void‐Free 3D Bioprinting for In Situ Endothelialization and Microfluidic Perfusion[J]. Advanced Functional Materials, 2020, 30(1).