伦敦帝国理工学院：用于原位内皮化的无空隙3D生物打印

供稿人:郝冠哲 贺健康

组织工程中，血管网络对于为组织提供营养，氧气和信号传导因子，清除废物和调节温度和pH等调节因子至关重要。因此，可以快速制造三维血管化结构的新方法将大大促进组织修复，细胞修复和细胞修复方面的研究。目前，生物3D打印的两个主要挑战是结构保真度和有效的内皮化以实现组织血管化。

伦敦帝国理工学院生物医学工程研究所的研究者提出了一种多功能的生物打印方法，该方法成功地克服了结构可打印性，细胞种植效率、均匀性和三维互连网络形成的挑战。

该方法使用两种类型的生物墨水：基于明胶的模板生物墨水和可光交联的基质生物墨水（光固化明胶），它们可以并排打印到三维结构中，两种材料之间不产生间隙。然后将打印好的结构依次进行光交联和温度孵化。光交联之后，基质生物墨水可以成胶，形成稳定的三维结构。在37摄氏度下，作为模板生物墨水的明胶会稀化，进而从打印结构中被释放出来，最终形成多孔的管网结构。在打印之前，在模板生物墨水（明胶）中预装内皮细胞可以使通道原位内皮化。

图1主要介绍无空隙生物3D打印工艺流程，其中并排打印生物相容性模板生物墨水（绿色）和基质生物墨水（黄色），然后进行基质相的光交联和37°C孵化以释放模板相。在模板生物墨水中预装内皮细胞可以使通道原位内皮化。其余图片为结构表征图。

图2主要介绍原位内皮化及表征。 A）比较传统的后细胞种植方法和原位种植细胞的代表性荧光显微照片。 B）评估细胞种植的均匀性。C）使用DNA测定法定量评估传统后种植和原位种植的效率。D）三维晶格通道或E）三维并行通道的HUVEC满载结构。在第七天对F）网格和G）平行设计进行了宽场荧光显微镜检查和ii）共聚焦荧光显微镜检查。这些图像表明内皮化通道的普遍形成。 H）在第8天免疫染色的高放大倍数共聚焦荧光显微镜图像CD31阳性表明结构通道被HUVEC完全占用。 I）HUVEC在网格通道（紫色条）和平行通道（橙色条）中的代谢活性。
总之，该研究开发了一种无空隙的生物3D打印方法，可用于制造定义准确、均匀的管状通道的三维结构，可以在不进行后种植的情况下原位血管化。与使用单个生物墨水直接打印多孔结构的常规方法相比，该方法具有多种优势。并且在细胞种植方面，具有更高的效率，均匀性和对细胞密度的控制能力。总体而言，这种无空隙的生物3D打印方法代表了生物打印血管化方面的技术进步，该方法的简单性和实用性将使其能够广泛应用于生物打印，组织工程应用。

参考文献：
Liliang Ouyang, James P. K. Armstrong, Qu Chen, Yiyang Lin, and Molly M. Stevens. Void-Free 3D Bioprinting for In Situ Endothelialization and Microfluidic Perfusion. ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS.2019.

供稿人:郝冠哲 贺健康 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室