3D生物打印实现了腔体组织打印 打印后细胞可以长期存活

将各种功能细胞注入打印机精确构建多层空腔组织，是科学理念还是现实？近日，上海交通大学医学院附属仁济医院整形外科皮博士在生物材料国际顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials，最新影响因子21.95)上发表了一篇题为《多层套管组织的数字可调微流控生物打印》的研究论文在线发表，该论文揭示了3D生物打印已经实现了腔体组织打印，打印后细胞可以长期存活。

本研究采用自主研发的同轴多通道生物打印系统(MCCES)构建复杂腔体组织设计概念，实现了不同亚层结构的同时精确打印。该研究系统有望用于复杂腔道组织或器官的精确构建，尤其适用于需要腔道器官或组织移植的患者，是一种获取供体的新形式。此外，该研究成果有望应用于多个领域，如体外腔器官疾病模型模拟、药物筛选、组织移植替代物等。论文第一作者为仁济医院整形外科的皮，哈佛大学医学院的Yu Shrike Zhang教授和加州大学洛杉矶分校的Ali Khademhoseini教授为论文合著者。

3D生物打印的难点在哪里？皮孟卿介绍，生物打印需要考虑很多因素，比如：细胞相容性、机械强度、材料毒性、打印可塑性、孔隙率、降解率等等。与一般实体组织相比，空腔组织的构建更加复杂，不仅需要多细胞成分，还涉及不同亚层细胞的不同类型和功能。这就导致了在施工过程中如何精确排列单元、如何维护空洞等诸多问题，使得印刷施工面临更多的挑战。这项研究证实，3D生物打印可以通过全新的设计系统，快速、准确、个性化地构建血管、尿道等具有不同功能细胞的多层腔体组织，组织结构清晰。

皮孟卿的比喻是，打印实心组织相当于烤一个实心面包，打印多层空腔组织，相当于烤一个空心面包。这个镂空也分为不同的夹层，可以是一层奶油，一层蓝莓酱，也可以是一层奶酪一层草莓酱。这些层紧密地附着在一起，并且彼此分离。与一般的3D打印相比，生物打印需要全程控制细胞活力，保护细胞不受伤害；其次，腔体内不同的功能细胞可以在各级均匀分布，更符合人体的正常结构。

研究人员还证实，通过控制系统可以实现单层结构和双层结构在同一内腔结构中反复切换的想法。将血管细胞(内皮细胞、平滑肌细胞)和尿道细胞(上皮细胞、平滑肌细胞)与复合水凝胶混合，用MCCES打印多层管腔组织。体外培养显示细胞活力在80%以上，细胞能在水凝胶支架材料上充分铺展生长，表达血管内皮细胞(CD31/VE-Cadherin)和血管平滑肌细胞(SMA)等特异性标记物。

据悉，仁济医院皮孟卿团队长期致力于研究3D生物打印、水凝胶、干细胞、组织工程等组织再生技术，已在Advacned Materials、JoVE、RCS Advances等期刊发表论文10篇。《Advanced Materials》发表的研究成果填补了国内空白，表明我国3D生物打印技术正在逐步与世界接轨，并将为国内同行及相关领域带来广阔的应用空间。

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