生物打印來源于誘導多能干細胞的人皮層神經構筑體

供稿人:王森 王玲

生物打印技術使用生物相容性和流變性合適的的生物材料和合成材料，并添加細胞制成的生物墨水，以可控的方式構建微尺度分辨率三維結構。神經組織的多細胞特征是的生物打印制備的挑戰(zhàn)，利用誘導多能干細胞(iPSCs)分化得到的多種類型細胞提供了有效的解決方案。意大利理工學院生命納米科學中心的Federico Salaris等人報告了利用iPSCs來源的皮層神經元和膠質前體細胞生物打印神經結構體的研究。實驗結果表明在短期和長期內，基于擠壓的打印過程不會損害細胞的生存能力。生物打印的細胞可以進一步分化，并適當表達神經元和星形細胞。3D生物打印神經細胞的功能分析顯示了了早期神經網絡活動行為。這項工作為通過生物打印來自多能干細胞的神經細胞來生成更復雜、更可靠的人類神經系統(tǒng)奠定了基礎。

該研究采用的生物墨水成分是海藻酸鈉/基質膠，并預先在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)誘導分化多能干細胞獲取皮層神經元和膠質細胞前體細胞作為種子細胞。采用擠出式同軸噴頭打印工藝，裝有生物墨水的螺旋形內通道置于冰浴中，保持基質膠的不會凝固，打印時海藻酸鈉與外通道的氯化鈣瞬時交聯(lián)形成打印結構。打印后整體組織置于細胞培養(yǎng)箱中孵育引發(fā)基質膠成分凝膠化，之后在海藻酸鈉裂解酶溶液中處理去除海藻酸鈉。

圖1 3D生物打印方法及打印后細胞活性分析

表征了打印的神經組織構筑體的細胞活性,細胞分化情況及電生理功能。圖1（E）分析了打印后不同時間（DPP）的細胞存活率，DPP1(78±3.8%),DPP7(71±3.5%),DPP50(68±8%)。表明在打印過程和生物墨水成分在短期和長期內均未對神經細胞造成損害。圖2（A）顯示了2D培養(yǎng)生物墨水液滴培養(yǎng)和打印培養(yǎng)情況下的細胞相差圖，圖（B）表現(xiàn)了神經細胞標記物的RT-PCR分析結果，神經祖細胞（PAX6,FOXG1,TBR2）,皮層神經元（TBR1），星形膠質細胞（GFAP）。圖3所示的膜片鉗記錄結果表明了典型的神經元祖細胞的電生理特性，鈣離子成像結果顯示了其早期不成熟的網絡活動行為，表明打印對組織功能沒有明顯影響。

圖2 神經細胞標記物的表達分析

圖3 打印神經組織的功能分析

參考文獻：
SALARIS F, COLOSI C, BRIGHI C, et al. 3D Bioprinted Human Cortical Neural Constructs Derived from Induced Pluripotent Stem Cells.[J]. Journal of clinical medicine, 2019, 8(10). DOI:10.3390/jcm8101595.

供稿人:王森 王玲
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室