3D生物打印有望實現復雜空腔組織或器官的精準構建

　　將各種功能細胞注入打印機精準構建復層空腔組織，這是科學創意還是現實？近日，上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院整形外科皮慶猛博士在國際生物材料頂級雜志Advanced Materials（最新影響因子21.95）在線發表題為“多層環狀組織的數字可調微流控生物打印”（Digitally Tunable Microflidic Bioprinting of Multilayered Cannular Tissues.）的研究論文，揭示3D生物打印已經實現空腔組織打印且打印后細胞能夠長期存活。

　　該研究通過采用自行研發的同軸多通道生物打印系統（MCCES）可調控性構建復雜空腔組織設計理念，實現了不同亞層結構一次性同步準確打印構建的設想。該研究系統有望用于實現復雜空腔組織或器官的精準構建，尤其對需要空腔器官或組織移植的病人，是一種新的獲取供體的形式。此外，該研究成果有望用于體外血管、腸道、泌尿系統等空腔臟器疾病模型模擬、藥物篩選、組織移植替代物等諸多領域。論文第一作者為仁濟醫院整形外科皮慶猛，哈佛大學醫學院Yu Shrike Zhang教授及加州大學洛杉磯分校Ali Khademhoseini教授為共同通訊作者。

　　3D生物打印難在哪里？皮慶猛介紹，生物打印需要考慮非常多的因素，比如：打印材料的細胞相容性、力學強度、材料毒性、打印可塑性、孔隙率、降解速率等等。相對于一般實體組織，空腔組織構建更為復雜，不僅要求多細胞成分，還涉及到不同亞層細胞類型不同、功能不同等，這導致構建時細胞如何精確排列、空腔如何維持等諸多問題，使得打印構建面臨更多挑戰。該研究證實3D生物打印通過新型設計系統，快速、精準、個性化構建含有不同功能細胞的血管、尿道等復層空腔組織，組織結構清晰。

　　皮慶猛比喻，打印實體組織相當于烤一個實心的面包，打印復層的空腔組織，相當于烤一個空心的面包，這個空心還要分不同的夾層，可以一層奶油一層藍莓醬，也可以一層芝士一層草莓醬，層與層緊緊貼合又彼此分開。相對于一般的3D打印，生物打印需要全過程控制細胞活力，保護細胞不受傷害；其次空腔內的不同功能細胞在各個層面能夠均勻分布，更符合人體正常結構。

　　研究人員還證實，通過控制系統可以實現單層結構、雙層結構在同一根管腔結構反復切換的設想。將血管細胞（內皮細胞、平滑肌細胞）、尿道細胞（上皮細胞、平滑肌細胞）分別與復合水凝膠混合后，利用MCCES打印復層管腔組織，體外培養發現，細胞活力在80%以上，細胞在水凝膠支架材料上可以充分鋪展生長，表達血管內皮細胞（CD31/VE-Cadherin)和血管平滑肌細胞（SMA）等特異標志物。

　　據悉，仁濟醫院皮慶猛團隊長期致力于3D生物打印、水凝膠、干細胞與組織工程等研究組織再生，在Advacned Materials、JoVE、RCS Advances等期刊發表10篇論文。此次在《Advanced Materials》發表的研究成果填補了國內空白，預示我國3D生物打印技術正逐步與世界接軌，將為國內同行以及相關領域帶來廣闊的應用空間。