陈绍琛教授：利用投影式光固化技术构建翼状胬肉微环境体外多细胞模型

来源：EngineeringForLife  

翼状胬肉是一种发病率极高的眼科疾病，该疾病具有损伤视力的风险；作为一种结膜病理性的过度生长，其发生伴随着新生血管的形成和慢性炎症。但由于发病机制尚不清楚，即使通过手术干预恢复视觉之后，预防术后复发也具有一定的挑战性。因此，需要有效和可重复的疾病模型来解释翼状胬肉的发病机制和探索新的治疗方法。近期，来自 University of California San Diego的陈绍琛教授团队通过使用投影式光固化技术（DLP）生物3D打印了人源结膜干细胞（hCjSCs），并开发了一种多细胞体外翼状胬肉模型。相关论文“Rapid 3D bioprinting of a multicellular model recapitulating pterygium microenvironment”发表在Biomaterials杂志上。

首先，研究人员通过对照试验以及免疫荧光染色试验，验证了新型的无饲养细胞培养体系能够在体外有效地扩展了具有同质性、干性和分化潜能的原代hCjSCs（图1）。

图1 用结膜干细胞培养基（CjSCM）体外扩增原代hCjSCs

其次，通过探索DLP 生物3D打印hCjSCs的打印条件，研究人员制造出了可负载结膜干细胞（CjSCs）并保留其细胞活性和生物完整性的水凝胶支架（图2）。

图2 利用DLP生物3D打印技术制造的水凝胶支架

接着，研究人员为模拟疾病的微环境，将生物3D打印的翼状胬肉模型结合了原代hCjSCs、免疫细胞和血管细胞。并通过RNA测序(RNA-seq)进行转录组学分析，发现在3D翼状胬肉模型中的细胞出现了炎症反应和上皮间充质转化（EMT）的病理特征（图3）。

图3 基于DLP的多细胞翼状胬肉模型的生物3D打印

随后，研究人员为了解三维翼状胬肉模型的分子特征，进行了GSEA和GO富集分析，其显示了翼状胬肉相关病理特征（图4）。

图4 3D翼状胬肉模型的翼状胬肉相关病理特征

最后，研究人员对比了来源于患者的翼状胬肉组织的公共RNA-seq数据，发现来源于正常人体的结膜干细胞在通过3D打印构建的疾病微环境中展现于病人组织相似的特征信号表现，验证了生物打印翼状胬肉模型能够再现疾病的微环境（图5）。

图5 3D翼状胬肉模型的转录组谱

综上所述，通过结合成体干细胞培养技术和新型生物3D打印方法，本文章首次报道了模拟翼状胬肉相关微环境的3D多细胞体外疾病模型，为将来开展相关疾病的研究，个性化医疗和高通量药物筛选提供了新思路。

文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121391