微流体3D生物打印制造骨骼肌组织

供稿人:赵廷泽、连芩

日前，罗马生物医学自由大学的Costantini M等人提出了一种制造人工肌组织的新策略。通过使用微流体打印头与同轴喷头的耦合系统，制造含有肌前体细胞（C2C12）的高精度3D生物打印水凝胶纤维，经过体外培养，得到的人工肌组织，并植入裸鼠体内。

将专门配置的生物墨水——合成的可光固化PEF-纤维蛋白原（PF）与海藻酸盐溶液，通过一个专门设计的Y型分配头（两入口，一出口，如图1b）接入同轴喷头的内侧喷头，将氯化钙溶液接入同轴喷头的外侧喷头。打印时钙离子与海藻酸盐交联，使结构成型。打印结束后，通过低功率的紫外光照射固化PF后，使用含有EDTA的缓冲液洗去交联的海藻酸盐，得到仅由PF构成的细胞支架。并用一个与上述3D打印水凝胶支架尺寸相同的模具，使用以上材料及处理方法，通过浇筑制造一个块状支架作为对照组。

图1 a)带有程控微流体泵的生物3D打印装置。b)微流体打印头与c)同轴挤出喷头耦合。d)生物3D打印支架制造流程。
两支架经过7天的体外培养后，植入裸鼠的背部。植入后28天处死小鼠，对两移植物进行形态学对比。发现3D生物打印植入物中的肌纤维比起块状植入物有明显的平行趋向、更加统一的长度、以及更小的纤维之间的间距（图2）。

图2 a,b)在植入物体内培养28天后的宏观照片。c,d)植入物横截面免疫荧光染色照片，MHC（红色）LAM（绿色）。e,h)为c,d)中虚线框处的放大，e)块状植入物h)生物3D打印植入物。f,i)肌纤维间距的彩色校准图f)块状植入物i)生物3D打印植入物。g,j)为f,i)的分布图。K)生物3D打印植入物的纵向横截面图，显示出MHC与LAM功能性组织。l)MHC免疫染色显示人工肌纤维中的肌节组织。m)为l)虚线框处的放大，证明肌节的形成。
相信在不久的将来，此方法可应用于体外重建缺失的、衰竭的或损伤的肌肉部分。

参考文献：
Costantini M, Testa S, Mozetic P,等. Microfluidic-enhanced 3D bioprinting of aligned myoblast-laden hydrogels leads to functionally organized myofibers in vitro and in vivo.[J]. Biomaterials, 2017, 131.