3D打印肌肉肌腱單元

作者：原創(chuàng)： 周李念、連芩

人體骨骼肌由中間的肌肉部分和兩端的肌腱部分組成，部分骨骼肌擁有多個(gè)肌肉肌腱單元（Muscle-Tendon Units，MTUs），相關(guān)研究表明，骨骼肌在進(jìn)行運(yùn)動時(shí)，主要是以肌肉肌腱單元為基本單元進(jìn)行控制的，因此，研究肌肉肌腱單元的各項(xiàng)工作機(jī)理，對骨骼肌的研究有著十分重要的意義。隨著3D打印技術(shù)在組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用，越來越多的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的組織的制造成為可能，美國維克森林大學(xué)Tyler K Merceron等人利用3D打印技術(shù)，進(jìn)行了肌肉肌腱單元的制造。

圖1 肌肉肌腱單元制造 （a）肌肉肌腱單元模型（b）肌肉肌腱單元打印步驟

其打印方法如圖1所示。單元整體為方塊結(jié)構(gòu)，如圖（a），其中綠色一側(cè)為肌肉部分，利用熱塑性聚氨酯（PU）作為打印材料；紅色一側(cè)為肌腱部分，利用聚己內(nèi)酯（PCL）作為打印材料。在完成上述兩部分結(jié)構(gòu)的打印后，進(jìn)行細(xì)胞打印，肌肉部分使用了小鼠成肌細(xì)胞（C2C12），用藍(lán)色表示，肌腱部分使用了小鼠成纖維細(xì)胞（NIH/3T3），用白色表示，所用生物墨水為含有透明質(zhì)酸、明膠、纖維蛋白原的復(fù)合水凝膠。

所打印的肌肉肌腱單元結(jié)構(gòu)良好，且肌肉與肌腱連接部分分界清晰，且所打印的肌肉肌腱單元肌肉一側(cè)和肌腱一側(cè)有著明顯的力學(xué)差異。對所打印的肌肉肌腱單元進(jìn)行靜態(tài)培養(yǎng)，并對其中細(xì)胞的生長進(jìn)行觀察（綠色代表成肌細(xì)胞，紅色代表成纖維細(xì)胞），結(jié)果如圖2所示，兩種細(xì)胞生長良好且均出現(xiàn)分化，在肌肉與肌腱連接部分有融合的趨勢。利用3D打印技術(shù)制造的該肌肉肌腱單元，可用于后續(xù)骨骼肌的各項(xiàng)研究。

圖2 肌肉肌腱單元細(xì)胞生長狀況

參考文獻(xiàn)
Merceron T K , Burt M , Seol Y J , et al. A 3D bioprinted complex structure for engineering the muscle–tendon unit[J]. Biofabrication, 2015, 7(3):035003.

供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室