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生物3D器官打印——喉部软骨

发布日期:2021/2/13 9:16:06

软骨是人体重要的结构组织之一,在硬骨末端、耳廓、气管等部位均有它的身影。但因其缺乏自我修复能力,使得软骨结构的再生成为一个难题。为解决这个问题,生物3D打印逐渐进入科研工作者和医疗工作者的视野,许多打印简单组织、器官的报道也正在增多。尽管现在已有几款生物墨水可供选择,但是面对如此众多的应用,开发新的生物墨水以满足庞大应用面所带来的生物兼容性、打印精度等问题仍然是目前研究的主流方向之一。

 

目前,在软骨打印中常用的材料有明胶和透明质酸,但机械强度过低、降解速率过快一直是这几种材料拓展应用的障碍。近日,韩国翰林大学Chan-Hum Park教授带领的课题组对明胶和透明质酸进行预处理,获得甲基丙烯酸化明胶(Gelatin-methacryloyl, GelMA)和环氧丙基-甲基丙烯酸化的透明质酸(glycidyl-methacrylated hyaluronic acid, GMHA)。

 

该课题组通过调整两种原料的配比来提升生物墨水的各项性质,例如打印精度就是通过比较打印模型和数字模型间的体积差来进行测定的。通过测试确认7% Gelma具有较好的打印精度,然后在维持7% GelMA的条件下添加不同含量的GMHA,得知3%和5% GMHA(G7H3和G7H5)表现优异。为体现其精度,作者打印了兔喉部软骨和甲状软骨(Fig.1、Fig.2),以证明打印精度完全可以满足构建软骨结构。


Fig. 1 兔喉部软骨



Fig.2 兔甲状软骨



该课题组的二阶创新点在于使用了扁桃体来源的间充质干细胞(tonsil-derived mesenchymal stem cells, TMSCs)并针对此类细胞的生长特性对生物墨水进行调整,以保证TMSCs在该墨水中能够保持活性。通过Live/Dead和CCK-8两种试剂盒的检测,证实TMSCs在打印成形后的0-7天内稳步增殖(Fig.3、Fig.4)。




Fig.3Live/Dead细胞活性检测结果




Fig.4CCK-8细胞计数测试结果


 

在文献中,作者也对该生物墨水进行了体内降解的测试。测试模型是一个分散有扁桃体来源的间充质干细胞的G7H5(TMSC-laden G7H5)圆环,植入裸鼠的背部皮下,分别于1、2、3周后取出进行降解测量。发现在三个时间点得到的样品均保持良好的形态,无明显降解现象,在植入区域附近也没有红肿或感染(Fig.5)。而通过染色可以观察到软骨正在逐渐形成。


Fig.5 体内降解测试结果



Fig.6 软骨形成情况




以上结果证明,不光可用于生物3D打印的生物墨水得到了增加,用于生物3D打印的细胞种类也得到了拓展。

 

 



 

参考文献:

[1]Lee J S, Park H S, Jung H, et al. 3D-printable photocurable bioink forcartilage regeneration of tonsil-derived mesenchymal stem cells[J]. AdditiveManufacturing, 2020, 33: 101136.

 

 

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