韩国研究人员用上皮细胞和软骨细胞3D打印气管

来源：3D打印商情

韩国研究人员一直在进行气管植入物生物打印的研究，最近，韩国的研究人员在一篇题为《气管与自体上皮细胞和软骨细胞》的论文中公布了研究成果。科学家团队详细介绍了他们使用聚己内酯和水凝胶与鼻上皮细胞和耳廓软骨细胞的混合物打印人造气管的办法。

在用这些材料和组织生物打印人工气管后，他们将它们移植到15只兔子身体里，其中6只为对照组。目标是找到克服肿瘤引起的气管问题的方法，其中最常见的是腺样囊性癌和鳞状细胞癌。以前，在创造可行的、正确的、能够产生一种新的上皮细胞方面，存在着很大的挑战。随着感染的发生，已经出现了一些问题，这些问题变成了疾病，迁移了，或者遇到了障碍。

系统组件和生物打印过程。（A）3D生物支架绘图系统的示意图。（B）使用生物绘图系统的人造气管的详细制造过程。第一层是多孔PCL层;第二层为细胞负载的海藻酸盐;第三层为无孔PCL层;第四层为细胞负载的藻酸盐;第五，管型模块上的多孔PCL打印。

“最活跃研究的人造气管制造方法是组织工程，可生物降解的合成聚合物用于制造管状支架，”科学家们表示。“与异物，同种异体移植物和自体移植物相比，使用组织工程制造的支架往往具有平滑的血管形成和较少的阻塞。目前，正在进行各种研究，包括再生气管上皮的研究。”

与气管软骨相似的材料包括聚己内酯（PCL），聚乙醇酸（PGA），聚乳酸（PLA）和聚（乳酸 - 共 - 乙醇酸）（PLGA）。这些都已用于3D打印和正在进行的研究中。在这项研究中，研究人员将3D打印的气管尽可能接近人体气管结构，并在12个月内对其进行评估。

“这项研究是第一个使用3D打印的人工气管与自体上皮细胞和软骨细胞治疗气管病变的研究，很少有研究检查人工组织超过一年的长期影响，”研究人员表示。“在气管结构中起重要作用的呼吸道上皮和软骨软骨细胞被培养以产生用于生物打印的水凝胶，使用具有可生物降解聚合物的3D打印生产人造气管。此外，我们还在一个著名的气管支架部分切除模型中植入人工气管，并进行呼吸评分，X射线，计算机断层扫描（CT），内窥镜检查和组织学检查。

3D打印海藻酸盐水凝胶和人工气管。（A）藻酸盐水凝胶在300um喷嘴处挤出。（B）3D藻酸盐立方体型（16×16×2mm 3）的光学图像。较高浓度的藻酸盐水凝胶提供更精确和多孔的立方体类型。（C）使用3D生物打印机制造的人造气管的总图像。（D）扫描电子显微镜图像。从底部开始：第一层是多孔PCL层;第二层是上皮细胞层;第三层是无孔PCL层;第四层是软骨细胞层;第五层清楚地看到多孔PCL层。（E-G）使用绿色染料作为上皮细胞（E）和红色染料作为软骨细胞（F）的荧光显微图像;合并后的图像（G）显示2个水凝胶层完全分离。

重点是创造上皮和软骨再生，内层有鼻细胞，外层有耳廓软骨细胞。然而，研究人员表示，在植入物中使用两种不同类型的细胞具有挑战性。

“鼻上皮细胞培养在不损伤兔鼻上皮细胞的情况下，用于移植上皮细胞，所有实验组均成功形成上皮细胞。我们相信，这是上皮细胞移植到移植中的效果，并且与早期存活率有直接的关系。”研究人员说。

对于这些类型的生物打印移植，软骨是至关重要的。3个月组没有发现软骨形成，6个月和12个月时有一些增长。

研究人员表示，“其他使用兔耳软骨细胞进行气管移植的研究也发现了6个月时类似于天然气管的软骨岛，但它并没有产生完整的c形。”

他们结束了研究，意识到应该研究更多的方法来寻找减少软骨再生所需时间的方法。最后，研究小组最后指出：

“在这个实验中，使用3D生物打印技术构建了人工气管，并成功移植了两种不同类型的自体分离细胞，上皮细胞和软骨细胞。人工气管成功植入部分切除的气管，导致上皮形成和软骨胰岛的形成。这导致15只动物中的13只存活至12个月，在实验组中没有特定的呼吸信号，而对照组仅显示6只动物中的4只存活。我们的研究可以说明我们的3D打印人工移植物含有自体细胞足够长时间稳定一年左右，可以提供一个平台，可以应用几种不同类型的细胞或合适的生物材料来治疗气管疾病。”

在过去的五年里，气管一直成为生物打印的对象，3D打印改善了患有气管疾病患者的生活。

上皮再生的组织病理学图像。与正常气管上皮（A）相比，对照组（动物编号5）未显示上皮再生（B）。然而，实验组在3个月时显示上皮再生，并且1只动物显示不完整的上皮再生伴有鳞状化生（C，动物编号8）。 6（D，动物编号14）和12个月（E，动物编号21）的动物显示完全的上皮细胞再生。（F）实验组（动物编号9）中3个月的完整横截面图像也显示完全的上皮再生。（Masson的毛状体染色，子面板A-E中的条表示50μm，子面板F中的条表示1mm）上皮再生用（D，E）中的绿色和黄色框指向。