3d打印無支架仿生食管

供稿人:郝志巖 王玲

食管切除術是治療食管長間隙閉鎖、腐蝕性食管狹窄和食管癌的有效方法。在這種情況下，需要使用部分胃腸道組織重建食管。然而，這會引起胃腸道功能相關的問題，如反流、延遲食管移植、傾倒綜合征等。最近，一些研究人員試圖通過使用天然支架來制造食管替代物，但由于其結構特點、生物相容性和免疫原性等問題，食管替代物的研究仍是一個挑戰(zhàn)。日本長崎大學的研究人員構建了一個僅由細胞組成的結構來替代食道的一部分，并將其移植到大鼠體內。

研究人員利用生物三維打印技術開發(fā)了一種混合細胞類型的無支架結構，并對其進行了大鼠體內和體外的特性評估。通過購買正常人皮膚成纖維細胞、人食管平滑肌細胞、人骨髓間充質干細胞、人臍靜脈內皮細胞作為細胞，制備多細胞球體后，采用生物3d打印技術制備食管樣管狀結構。這些結構先在生物反應器中培養(yǎng)四周，然后將其作為食管移植物移植到10-12周齡的F344雄性大鼠體內，如圖1。

圖1 研究流程圖

研究人員對植入的仿生食管進行為期30天的評估，由于術后反應老鼠出現(xiàn)一些較小的體重減輕，隨后老鼠很快就恢復了體重。移植食管始終保持堅固和穩(wěn)定，沒有泄漏或撕裂跡象。研究小組指出，大鼠進食量足夠大，即使暴露在胃液中，食管也保持完整，如圖2。

圖2 移植結構圖 A.移植手術部位 B.移植后30天的移植部位 箭頭：移植部位，Du：十二指腸，E：食道，EG：食管胃交界處，L：肝臟，St：胃
這項研究首次驗證了生物3d打印系統(tǒng)制作的食管結構。制備了四種不同組成的細胞結構，并進行了比較。雖然與原生食管相比結果并不充分，但對比試驗表明在四種結構中，間充質干細胞含量最高的結構最適合移植。該結構能夠在暴露于胃液的環(huán)境中進行移植，在結構的內表面可以出現(xiàn)上皮化組織。雖然這項工作是用生物3d打印系統(tǒng)制作食管結構研究的第一步，但它可能有助于開發(fā)食管疾病的治療方法。采用無支架生物3d打印技術構建的結構有望成為食管移植的潛在替代品。

參考文獻：
Takeoka Y, Matsumoto K, Taniguchi D, et al. Regeneration of esophagus using a scaffold-free biomimetic structure created with bio-three-dimensional printing[J]. PloS one, 2019, 14(3): e0211339.

供稿人:郝志巖 王玲 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室