3D打印支架在乳腺切除及組織再生中的應(yīng)用

來源：增材之光

比利時(shí)和德國的研究人員探索了生物打印的主題，并在最近發(fā)表的“基于MSC的脂肪組織工程的不同孔徑3D打印明膠支架的評估”中評估了生物相容性結(jié)構(gòu)。通過乳房切除術(shù)或其他類型的涉及軟組織的創(chuàng)傷，研究團(tuán)隊(duì)3D打印并評估了基于明膠的支架樣品。

乳腺癌在全球范圍內(nèi)都很普遍，甚至具有潛在的破壞性，因此，人們正在進(jìn)行有關(guān)軟組織再生的診斷、治療和程序的持續(xù)研究。但是，當(dāng)今的許多方法都存在障礙。從顯微外科手術(shù)并發(fā)癥到高吸收率。隨著脂肪組織工程的出現(xiàn)，通過間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSCs）和生物材料的整合存在再生的潛力。

在這項(xiàng)研究中，可光交聯(lián)的甲基丙烯酸明膠（Gel-MA）是首選材料，因?yàn)樗�具有與細(xì)胞相互作用的能力以及與細(xì)胞外基質(zhì)中膠原蛋白相似的優(yōu)點(diǎn)。研究人員研究了多孔3D支架內(nèi)骨髓來源MSC的成脂分化行為。它們不是“限制”細(xì)胞，而是允許三種關(guān)鍵活動(dòng)：空間擴(kuò)散、移動(dòng)和分布。使用3D打印的樣本，研究團(tuán)隊(duì)能夠控制參數(shù)并輕松更改3D文件和生成的3D打印。

該團(tuán)隊(duì)使用基于擠壓的3D打印形式，以400至800 μm的撐桿間距改變了樣品支架。相應(yīng)的孔徑為230±24 μm（400），302±30 μm（500），348±28 μm（600）和531±33 μm（800）。使用基于擠壓的3D打印形式，研究團(tuán)隊(duì)將支撐間距改為400至800μm的樣品支架。形成了相應(yīng)的孔徑230±24μm（400）、302±30μm（500）、348±28μm（600）和531±33μm（800）。

在打印過程中，通過維護(hù)以下方面來保持對高形狀保真度支架的控制：
•恒壓（120 kPa）
•溫度（30°C）
•寫入速度（10mm s-1）

研究人員還保持了紫外線照射時(shí)間的一致性，并采用了高精度噴嘴（150 μm）來制作穩(wěn)定的支架，所有支架都顯示出相似的支柱寬度。盡管所有樣品都可以吸收水，但在毛孔較大的樣品中，這種能力有所提高�？傮w而言，研究團(tuán)隊(duì)指出，樣品支架的膨脹和機(jī)械性能之間存在聯(lián)系，這是由于質(zhì)量膨脹比不斷增加，而壓縮模量卻在下降。

MSC在擠出打印支架上的成脂分化。a）與支架相比，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的脂肪表達(dá)標(biāo)記物PPAR-γ，LPL，F(xiàn)ABP和FASN基因的表達(dá)。b）明場和c）免疫熒光圖像顯示在成脂培養(yǎng)基中培養(yǎng)8天后清晰可見的脂滴。d）通過將尼羅紅（染色脂質(zhì)滴）面積歸一化為核數(shù)來量化成脂分化。除（c）中的TCP面板為100 μm外，所有圖像中的比例尺均表示200 μm。

盡管所有組中擠出的Gel-MA剛度都為3-4 kPa，模仿了天然軟組織的順應(yīng)性，但隨著孔徑的增加，壓縮模量的變化反映了支架的宏觀結(jié)構(gòu)完整性。在未來的工作中，保持低剛度以促進(jìn)成脂分化，同時(shí)改善結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以提高植入操作性可能涉及用次級顆�；蛳鄟碓鰪�(qiáng)油墨。

在所有孔徑（200-600 μm）的支架中，MSC均能很好地分化為成脂譜系。但是，空間分布和細(xì)胞浸潤各不相同，因此具有較大孔徑（> 500 μm）的支架支持同時(shí)分化和浸潤。這些發(fā)現(xiàn)表明，在設(shè)計(jì)3D軟組織再生支架時(shí)，考慮設(shè)計(jì)參數(shù)（例如孔徑）至關(guān)重要

細(xì)胞和脂質(zhì)滴在支架中的空間分布。a）在每種支架類型上，用DAPI（細(xì)胞核）和尼羅紅（脂滴）染色的代表性支架截面顯示細(xì)胞浸潤和成脂分化細(xì)胞的空間分布差異。在支架的不同區(qū)域中對b）細(xì)胞和c）尼羅紅陽性區(qū)域的定量。

生物打印和支架的研究不斷擴(kuò)大，盡管對乳腺癌等疾病的研究至關(guān)重要，但其他科學(xué)家已經(jīng)發(fā)表了有關(guān)種植真皮成纖維細(xì)胞，促進(jìn)軟骨生長，3D打印用于骨替代的研究，在這個(gè)非常重要的領(lǐng)域中還有其他正在進(jìn)行的項(xiàng)目。