3D打印組織模型：從水凝膠到生物醫學應用(2)
時間：2023-11-29 09:17 來源：GK綠鑰生物科技 作者：admin 閱讀：次
作者隨后就對水凝膠特性的控制做了描述。ECM在細胞命運中的指導性作用不僅取決于材料的物理性質，還取決于其化學成分以及提供特定相互作用和信號級聯的不同生物分子的存在。因此，功能性ECM模擬物的開發必須包括此類生物活性因子，其含量、濃度和梯度將改變構建體的功能。聚合物分子的片段，特別是肽序列（如RGD）以及效應蛋白（如生長因子或酶）。它們的作用是多方面的，包括正確的細胞基質粘附，對細胞存活至關重要，與細胞受體（整合素、選擇素等）相互作用以啟動信號級聯，甚至是誘導功能變化的酶促過程。
隨后，作者描述了將天然ECM生成功能化ECM模擬物最具創新性的方法是將天然ECM或將其特定蛋白片段加入可打印的生物墨水聚合物中。
圖5 A：豬（p）和牛（b）來源的脫細胞組織用H&E染色。去除細胞物質后殘留的脫細胞細胞外基質呈粉紅色。B：在銑削前掃描每種脫細胞組織類型的電子圖像，突出顯示獨特的多孔和纖維結構。C：銑削產生的用于生活用紙制造的dECM粉末的掃描電子圖像。
表4 ECM 模擬使用dECM生成的
將dECM 與其他聚合物結合使用的最有前途的方法學方法（表5）。De Santis等人報道了基于dECM增強的藻酸鹽的可打印生物基質的合成; Pati等人利用分別從豬軟骨和心臟獲得的dECM來生產不同3D結構的生物墨水。如圖6所示，作者分別使用心臟dECM（hdECM）、軟骨dECM（cdECM）和脂肪dECM（adECM）與聚己內酯（PCL）相結合，制作了心臟構建體、軟骨構建體和脂肪構建體。所有獲得的構建體都允許產生具有增加均勻細胞分布的組織類似物，并具有脂肪生成和軟骨生成潛力。Kim等人提出了用明膠強化豬肝dECM的方法，該團隊將開發的dECM粉末基生物墨水（dECM pBio-ink）與明膠和dECM基墨水（圖6 ii）進行了比較，結果相比dECM更具有可觀的機械性能以及與內皮細胞和原代肝細胞的生物相容性。對dECM組分進行了功能化能更好地控制dECM增強油墨的降解速率和力學性能。
圖6 i：由dECM和PCL制成的載細胞結構用作生物墨水；ii：顯微鏡圖像 （比例尺：200 μm）和測量的形狀保真度具有不同孔徑的2% dECM pBio-ink的打印晶格圖案。3種生物油墨的肝形結構打印效果；iii：開發腎小球前模型。
圖7 i:纖維蛋白腦模擬生物墨水與3D工程打印可灌注血管網絡集成; ii:3D生物打印許可復制基于光交聯肝臟dECM的水凝膠
作者繼續描述了關于生物3D打印模型的應用相關內容。3D打印技術的進步以及對病理和健康狀態下ECM特征的了解的增加，使得生物打印結構能夠更好地模擬組織的形態、生化和功能特征。在體外建模中，重現人體細胞的3D組織模型，控制其物理和生物分子特性，并確定相關細胞命運的能力，將極大地有助于我們了解幾種疾病發病機制中的關鍵參與者。生物3D打印在再生醫學中的應用是一個有吸引力和挑戰性的話題。生物3D打印在再生醫學中的應用主要集中在骨軟骨和心血管疾病上（表6）。
表5 通過生物打印獲得的組織和體外模型的例子
即使組織可擴展性和功能性仍然是一個開放的挑戰，建立具有可定制形態的多細胞結構的能力對于功能性組織和器官替代品的生成是有利的。該領域的新趨勢包括直接在體內進行的生物3D打印，手術中生物打印（IOB）或原位生物打印對軟骨、皮膚和骨骼在內的不同組織具有明顯的成效。Albanna等人將生物3D打印系統應用于小鼠和豬模型中的自體或同種異體真皮移植。在這里，研究人員將真皮成纖維細胞加入至牛纖維蛋白和I型膠原水凝膠中，并在真皮層受傷的部位中進行逐層生物打印，促進皮膚再生。即使作者觀察到早期形成的真皮層和成熟的真皮層之間存在差異，但所提出的方法也為具有高轉化潛力的新治療機會開辟了道路（圖8）。
圖8：皮膚生物打印機原型和原位生物打印概念：i：演示皮膚生物打印機規模的示意圖; ii：系統的主要組成部分;iii：皮膚生物打印概念; iv和v皮膚生物打印過程的例子
總結：3D打印和生物打印工藝正在成為適用于不同生物醫學領域的強大技術。在再生醫學領域，這些技術允許開發更準確和功能更強大的3D組織模型，甚至是可用于先進的生物測定和個性化藥物測試的器官模擬。該文章中的許多應用和未來富有想象力的應用，包括功能器官的復制。挑戰在于能夠合理化細胞命運與ECM結構的許多變量之間的相關性，以及在3D模型中準確再現各種結構和生物分子特征的能力。
文章來源：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2023.01.048
(責任編輯：admin)
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