論文：大阪大學(xué)3D打印有血管網(wǎng)絡(luò)的心臟組織

2020年4月20日，南極熊注意到，日本大阪大學(xué)的研究人員最近發(fā)表了一篇論文‘Vascularized cardiac tissue construction with orientation by layer-by-layer method and 3D printer.’，介紹了他們?cè)谘�管化心臟構(gòu)造方面進(jìn)行生物3D打印實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)。論文的作者是Yoshinari Tsukamoto，Takami Akagi和Mitsuru Akashi，發(fā)表在《Scientific Reports》雜志上。

隨著組織工程在全球?qū)嶒?yàn)室中的不斷發(fā)展，離3D打印人體器官的目標(biāo)越來(lái)越近。 盡管對(duì)于許多科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這種進(jìn)展似乎遙不可及，但新研究中3D組織的制造仍在繼續(xù)快速發(fā)展。 在本項(xiàng)研究中，作者進(jìn)一步完善了心臟組織工程學(xué)。

（a）使用纖連蛋白（FN）、明膠（G）涂層技術(shù)和細(xì)胞蓄積技術(shù)逐層（LbL）制造3D組織過(guò)程的示意圖。 （b）使用LbL包被的細(xì)胞和細(xì)胞蓄積技術(shù)制造具有毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)的3D心臟組織的示意圖。

作者對(duì)心臟具有特定結(jié)構(gòu)，細(xì)胞方向和血管網(wǎng)絡(luò)的心臟組織進(jìn)行生物打印，并使用了逐層制造（LbL），細(xì)胞蓄積和3D打印技術(shù)。 通過(guò)3D打印創(chuàng)建了羥丁基殼聚糖（HBC）凝膠框架，以“線性地”控制細(xì)胞的方向。

使用3D打印技術(shù)制造方向受控的3D心臟組織的示意圖。 （a）使用自動(dòng)點(diǎn)膠3D打印機(jī)進(jìn)行羥丁基殼聚糖（HBC ）3D打印。 （b）使用LbL涂層的細(xì)胞和細(xì)胞蓄積技術(shù)制造多層3D組織。 （c）定向控制3D組織的培養(yǎng)。 （d）使用組織學(xué)技術(shù)和圖像處理評(píng)估形狀和收縮特性。

作者表示：“ HBC具有隨溫度變化而發(fā)生溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變的能力�！�

HBC凝膠的使用特別有趣，因?yàn)檠芯咳藛T使用了自動(dòng)點(diǎn)膠打印機(jī)，將墨水冷卻至4°C。 作者進(jìn)行的評(píng)估表明，墨水的線寬約為1mm，潛在的層壓多達(dá)八層。

“第九層不能層壓，因?yàn)镠BC凝膠壁熔化了。 研究人員解釋說(shuō)，其原因是第九層距離基板較遠(yuǎn)，并且由于無(wú)法接受溫度控制而熔化。 不過(guò)，根據(jù)我們之前的研究，3D組織的厚度限制為100μm。 因此，HBC凝膠的3D建模能力足以使用LbL技術(shù)和細(xì)胞蓄積技術(shù)制造3D組織�！�

觀察和分析由自動(dòng)點(diǎn)膠3D打印機(jī)打印的5％HBC層壓壁。 （a）從水平方向觀察的層壓HBC凝膠壁的高度。 （b）從垂直方向觀察的層壓HBC凝膠壁的線寬。

通過(guò)共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）獲得的熒光標(biāo)記的鬼筆環(huán)肽和抗心肌肌鈣蛋白T（cTnT）抗體對(duì)形狀受控的3D心臟組織圖像進(jìn)行染色。 （a – d）使用2×15 mm HBC凝膠框架進(jìn)行形狀控制的3D心臟組織。 （e-h）不受控制的3D心臟組織。 （a，e）F-肌動(dòng)蛋白，cTnT和DAPI的合并圖像。 （b，f）F-肌動(dòng)蛋白和cTnT的合并圖像。 （c，g）cTnT圖像。 （d，h）F-肌動(dòng)蛋白圖像。 （i，j）通過(guò)圖像分析在CLSM圖像下方顯示了形狀受控的3D心臟組織中F-肌動(dòng)蛋白纖維的局部排列角圖。

接下來(lái)，研究人員為他們的3D打印心臟組織創(chuàng)建了一個(gè)血管網(wǎng)絡(luò)，添加了在1.5×15 mm矩形HBC凝膠框架（5％）中與hiMVC、hMVEC共培養(yǎng)的NHPSC-CMs和NHCF涂層的FN-G納米膜。 利用1.5 mm短邊矩形HBC凝膠框架，研究人員能夠控制3D心臟組織。

形狀控制的3D心臟組織，具有從LSCM獲得的血管網(wǎng)絡(luò)圖像染色的抗心肌肌鈣蛋白T（cTnT）抗體和抗CD31抗體。 （a-c）使用1.5×15 mm HBC凝膠框架進(jìn)行形狀控制的3D心臟組織。 （d，e，f）不受控制的3D心臟組織。 （a，d）cTnT（綠色）和CD31（紅色）的合并圖像。 （b，e）cTnT圖像。 （c，f）CD31圖像。 （g，h）通過(guò)圖像分析在CLSM圖像下方顯示了形狀受控制的3D心臟組織中血管網(wǎng)絡(luò)（CD31）的局部對(duì)準(zhǔn)角圖。 （g）取向控制的組織圖。 （h）不受控制的組織圖。

從CD31染色圖像的結(jié)果來(lái)看，兩個(gè)組織都形成了血管網(wǎng)絡(luò)。作者總結(jié)說(shuō)，就取向控制的組織而言，根據(jù)圖像分析，血管網(wǎng)絡(luò)的取向結(jié)構(gòu)類似于心肌細(xì)胞。 “另一方面，在不受控制的組織中，血管網(wǎng)絡(luò)不具有定向結(jié)構(gòu)�！�

“這種3D心臟組織具有用于移植醫(yī)療和藥物評(píng)估的潛力，因?yàn)樗�具有天然的心臟器官樣結(jié)構(gòu)和血管網(wǎng)絡(luò)，可用于制造更厚和更大的3D組織。因此，我們相信具有方向和血管網(wǎng)絡(luò)的3D心臟組織將是再生醫(yī)學(xué)和制藥應(yīng)用的有用工具。”

編譯自：3dprint