微流體3D生物打印制造骨骼肌組織

供稿人:趙廷澤、連芩

日前，羅馬生物醫(yī)學(xué)自由大學(xué)的Costantini M等人提出了一種制造人工肌組織的新策略。通過使用微流體打印頭與同軸噴頭的耦合系統(tǒng)，制造含有肌前體細(xì)胞（C2C12）的高精度3D生物打印水凝膠纖維，經(jīng)過體外培養(yǎng)，得到的人工肌組織，并植入裸鼠體內(nèi)。

將專門配置的生物墨水——合成的可光固化PEF-纖維蛋白原（PF）與海藻酸鹽溶液，通過一個(gè)專門設(shè)計(jì)的Y型分配頭（兩入口，一出口，如圖1b）接入同軸噴頭的內(nèi)側(cè)噴頭，將氯化鈣溶液接入同軸噴頭的外側(cè)噴頭。打印時(shí)鈣離子與海藻酸鹽交聯(lián)，使結(jié)構(gòu)成型。打印結(jié)束后，通過低功率的紫外光照射固化PF后，使用含有EDTA的緩沖液洗去交聯(lián)的海藻酸鹽，得到僅由PF構(gòu)成的細(xì)胞支架。并用一個(gè)與上述3D打印水凝膠支架尺寸相同的模具，使用以上材料及處理方法，通過澆筑制造一個(gè)塊狀支架作為對(duì)照組。

圖1 a)帶有程控微流體泵的生物3D打印裝置。b)微流體打印頭與c)同軸擠出噴頭耦合。d)生物3D打印支架制造流程。
兩支架經(jīng)過7天的體外培養(yǎng)后，植入裸鼠的背部。植入后28天處死小鼠，對(duì)兩移植物進(jìn)行形態(tài)學(xué)對(duì)比。發(fā)現(xiàn)3D生物打印植入物中的肌纖維比起塊狀植入物有明顯的平行趨向、更加統(tǒng)一的長(zhǎng)度、以及更小的纖維之間的間距（圖2）。

圖2 a,b)在植入物體內(nèi)培養(yǎng)28天后的宏觀照片。c,d)植入物橫截面免疫熒光染色照片，MHC（紅色）LAM（綠色）。e,h)為c,d)中虛線框處的放大，e)塊狀植入物h)生物3D打印植入物。f,i)肌纖維間距的彩色校準(zhǔn)圖f)塊狀植入物i)生物3D打印植入物。g,j)為f,i)的分布圖。K)生物3D打印植入物的縱向橫截面圖，顯示出MHC與LAM功能性組織。l)MHC免疫染色顯示人工肌纖維中的肌節(jié)組織。m)為l)虛線框處的放大，證明肌節(jié)的形成。
相信在不久的將來(lái)，此方法可應(yīng)用于體外重建缺失的、衰竭的或損傷的肌肉部分。

參考文獻(xiàn)：
Costantini M, Testa S, Mozetic P,等. Microfluidic-enhanced 3D bioprinting of aligned myoblast-laden hydrogels leads to functionally organized myofibers in vitro and in vivo.[J]. Biomaterials, 2017, 131.