生物3D器官打印應(yīng)用之喉部軟骨

​軟骨是人體重要的結(jié)構(gòu)組織之一，在硬骨末端、耳廓、氣管等部位均有它的身影。但因其缺乏自我修復(fù)能力，使得軟骨結(jié)構(gòu)的再生成為一個(gè)難題。為解決這個(gè)問(wèn)題，生物3D打印逐漸進(jìn)入科研工作者和醫(yī)療工作者的視野，許多打印簡(jiǎn)單組織、器官的報(bào)道也正在增多。盡管現(xiàn)在已有幾款生物墨水可供選擇，但是面對(duì)如此眾多的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)新的生物墨水以滿足龐大應(yīng)用面所帶來(lái)的生物兼容性、打印精度等問(wèn)題仍然是目前研究的主流方向之一。

目前，在軟骨打印中常用的材料有明膠和透明質(zhì)酸，但機(jī)械強(qiáng)度過(guò)低、降解速率過(guò)快一直是這幾種材料拓展應(yīng)用的障礙。近日，韓國(guó)翰林大學(xué)Chan-Hum Park教授帶領(lǐng)的課題組對(duì)明膠和透明質(zhì)酸進(jìn)行預(yù)處理，獲得甲基丙烯酸化明膠（Gelatin-methacryloyl, GelMA）和環(huán)氧丙基-甲基丙烯酸化的透明質(zhì)酸（glycidyl-methacrylated hyaluronic acid, GMHA）。

該課題組通過(guò)調(diào)整兩種原料的配比來(lái)提升生物墨水的各項(xiàng)性質(zhì)，例如打印精度就是通過(guò)比較打印模型和數(shù)字模型間的體積差來(lái)進(jìn)行測(cè)定的。通過(guò)測(cè)試確認(rèn)7% Gelma具有較好的打印精度，然后在維持7% GelMA的條件下添加不同含量的GMHA，得知3%和5% GMHA（G7H3和G7H5）最為優(yōu)秀。為體現(xiàn)其精度，作者打印了兔喉部軟骨和甲狀軟骨（Fig.1、Fig.2），以證明打印精度完全可以滿足構(gòu)建軟骨結(jié)構(gòu)。
 

Fig. 1 兔喉部軟骨

Fig.2 兔甲狀軟骨

該課題組的第二個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)在于使用了扁桃體來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞（tonsil-derived mesenchymal stem cells, TMSCs）并針對(duì)此類細(xì)胞的生長(zhǎng)特性對(duì)生物墨水進(jìn)行調(diào)整，以保證TMSCs在該墨水中能夠保持活性。通過(guò)Live/Dead和CCK-8兩種試劑盒的檢測(cè)，證實(shí)TMSCs在打印成形后的0-7天內(nèi)穩(wěn)步增殖（Fig.3、Fig.4）。

Fig.3 Live/Dead細(xì)胞活性檢測(cè)結(jié)果

Fig.4 CCK-8細(xì)胞計(jì)數(shù)測(cè)試結(jié)果

在文獻(xiàn)中，作者也對(duì)該生物墨水進(jìn)行了體內(nèi)降解的測(cè)試。測(cè)試模型是一個(gè)分散有扁桃體來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞的G7H5（TMSC-laden G7H5）圓環(huán)，植入裸鼠的背部皮下，分別于1、2、3周后取出進(jìn)行降解測(cè)量。發(fā)現(xiàn)在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)得到的樣品均保持良好的形態(tài)，無(wú)明顯降解現(xiàn)象，在植入?yún)^(qū)域附近也沒(méi)有紅腫或感染（Fig.5）。而通過(guò)染色可以觀察到軟骨正在逐漸形成。

Fig.5 體內(nèi)降解測(cè)試結(jié)果

Fig.6 軟骨形成情況
 

以上結(jié)果證明，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打印的細(xì)胞種類也得到了拓展。

參考文獻(xiàn)：

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

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