哈佛大學醫學院Yu Shrike Zhang課題組聯合上海交大-仁濟醫院合作發表3D生物列印精準構建復層空腔組織的最新研究

生物列印以其快速、精準、個性化等優點在組織構建中逐漸展現優勢。相對於實體組織列印，複雜空腔組織的列印構建，對於可列印水凝膠材料生物相容性、力學強度、列印可塑性等特性的要求更加嚴格。對於空腔組織或器官的不同亞層結構，如何準確構建、列印管腔結構以及如何維持中空管道功能等問題，尚面臨諸多挑戰。

上海交通大學皮慶猛博士在哈佛博士後工作期間，在哈佛大學醫學院Yu Shrike Zhang教授指導下，與同事一起自行設計了一種新型同軸多通道生物列印系統（MCCES）（如圖1），以實現空腔組織或器官不同亞層結構的構建。實驗證實，將優化的複合水凝膠複合細胞後，可以藉助這一新型列印系統實現一次性同步區分列印不同亞層結構，滿足不影響細胞活力的前提下，增強管腔結構一定的力學強度，並精準同步列印具有2層（或2層以上）亞層結構的空腔組織。這項研究為體外構建複雜空腔組織或器官提供了新的方法，也得到國際同行的認可，該項工作日前正式發表在國際生物材料領域頂級期刊AdvancedMaterials（最新影響因子21.95）。

圖1.同軸多通道生物列印系統快速構建空腔管狀結構。（圖片來自Advanced Materials）

研究者自行研製新型的同軸多通道列印系統，分別同步構建內、外亞層結構，實現了準確構建不同亞層的設想（如圖2）。採用Alginate+GelMA+PEGOA混合水凝膠，利用鈣離子交聯、聯合光敏交聯固化的方法，增加列印過程中的復層管型結構的可塑性。研究證實，列印後空腔結構具有良好的灌注功能。

圖2.列印空腔管狀結構水平面及橫斷面鏡下觀。（圖片來自Advanced Materials）

圖3.單層雙層空腔管狀結構可調節性。（圖片來自Advanced Materials）

通過控制系統實現，單層結構、雙層結構在同一根管腔結構反覆切換的設想（如圖3）。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）分別與複合水凝膠混合後，利用MCCES列印復層管腔組織，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）等特異標誌物。

該項工作首次採用自行研發的同軸多通道生物列印系統（MCCES）可調控性構建複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構建的設想。實驗證實血管、尿道等空腔組織可以通過該新型設計系統，快速構建含有不同功能細胞的復層空腔結構。該研究系統有望用於實現複雜空腔組織或器官的精準構建，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。

該工作日前發表於生物材料領域頂級期刊AdvancedMaterials,由哈佛大學醫學院Yu Shrike Zhang課題組完成。加州大學洛杉磯分校Ali Khademhoseini教授為共同通訊作者。論文第一作者為哈佛大學博士後皮慶猛博士，來自上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院整形外科。共同作者還包括哈佛大學博士後Sushila博士, 南京大學燕翔博士，及北京航空航天大學劉肖博士。

論文鏈接：

Qingmeng Pi, Sushila Maharjan, Xiang Yan, Xiao Liu, Bijay Singh, AnneMetje van Genderen, Felipe Robledo-Padilla, Roberto Parra-Saldivar, Ning Hu,Weitao Jia, Changliang Xu, Jian Kang, Shabir Hassan, Haibo Cheng, Xu Hou, Ali Khademhosseini, Yu ShrikeZhang.Digitally Tunable Microflidic Bioprinting of MultilayeredCannular Tissues.AdvancedMaterials2018 August

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201706913

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