將各種功能細(xì)胞注入打印機(jī)精準(zhǔn)構(gòu)建復(fù)層空腔組織，這是科學(xué)創(chuàng)意還是現(xiàn)實(shí)？近日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院整形外科皮慶猛博士在國際生物材料頂級(jí)雜志Advanced Materials（最新影響因子21.95）在線發(fā)表題為“多層環(huán)狀組織的數(shù)字可調(diào)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(jīng)實(shí)現(xiàn)空腔組織打印且打印后細(xì)胞能夠長期存活。
該研究通過采用自行研發(fā)的同軸多通道生物打印系統(tǒng)（MCCES）可調(diào)控性構(gòu)建復(fù)雜空腔組織設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)了不同亞層結(jié)構(gòu)一次性同步準(zhǔn)確打印構(gòu)建的設(shè)想。該研究系統(tǒng)有望用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空腔組織或器官的精準(zhǔn)構(gòu)建，尤其對(duì)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(tǒng)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(lǐng)域。論文第一作者為仁濟(jì)醫(yī)院整形外科皮慶猛，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Yu Shrike Zhang教授及加州大學(xué)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(xì)胞相容性、力學(xué)強(qiáng)度、材料**、打印可塑性、孔隙率、降解速率等等。相對(duì)于一般實(shí)體組織，空腔組織構(gòu)建更為復(fù)雜，不僅要求多細(xì)胞成分，還涉及到不同亞層細(xì)胞類型不同、功能不同等，這導(dǎo)致構(gòu)建時(shí)細(xì)胞如何精確排列、空腔如何維持等諸多問題，使得打印構(gòu)建面臨更多挑戰(zhàn)。該研究證實(shí)3D生物打印通過新型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，快速、精準(zhǔn)、個(gè)性化構(gòu)建含有不同功能細(xì)胞的血管、尿道等復(fù)層空腔組織，組織結(jié)構(gòu)清晰。
皮慶猛比喻，打印實(shí)體組織相當(dāng)于烤一個(gè)實(shí)心的面包，打印復(fù)層的空腔組織，相當(dāng)于烤一個(gè)空心的面包，這個(gè)空心還要分不同的夾層，可以一層奶油一層藍(lán)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(duì)于一般的3D打印，生物打印需要全過程控制細(xì)胞活力，保護(hù)細(xì)胞不受傷害；其次空腔內(nèi)的不同功能細(xì)胞在各個(gè)層面能夠均勻分布，更符合人體正常結(jié)構(gòu)。
研究人員還證實(shí)，通過控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)在同一根管腔結(jié)構(gòu)反復(fù)切換的設(shè)想。將血管細(xì)胞（內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞）、尿道細(xì)胞（上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞）分別與復(fù)合水凝膠混合后，利用MCCES打印復(fù)層管腔組織，體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞活力在80%以上，細(xì)胞在水凝膠支架材料上可以充分鋪展生長，表達(dá)血管內(nèi)皮細(xì)胞（CD31/VE-Cadherin)和血管平滑肌細(xì)胞（SMA）等特異標(biāo)志物。
據(jù)悉，仁濟(jì)醫(yī)院皮慶猛團(tuán)隊(duì)長期致力于3D生物打印、水凝膠、干細(xì)胞與組織工程等研究組織再生，在Advacned Materials、JoVE、RCS Advances等期刊發(fā)表10篇論文。此次在《Advanced Materials》發(fā)表的研究成果填補(bǔ)了國內(nèi)空白，預(yù)示我國3D生物打印技術(shù)正逐步與世界接軌，將為國內(nèi)同行以及相關(guān)領(lǐng)域帶來廣闊的應(yīng)用空間。
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