Matter評述| 生物3D打印會呼吸的組織工程結構

摘要：組織工程(TE)的一個經典但仍然是熱門的話題是建立有效的血管化網絡，證明氧和營養(yǎng)的精細、控制和長期分布。將三維(3D)制造技術與特定活微生物（即光合物種）相結合，由Maharjan等人提出了復雜的3D打印組織工程結構，能夠為哺乳動物組織提供持續(xù)和按需的氧氣供應。

在體內，組織存活取決于離最近的毛細血管100-200毫米的距離，因此植入的生物材料必須依靠血管網絡來提供氧氣和營養(yǎng)。在組織工程界，血管化是一個古老但仍然是熱門的話題。最近，為了克服生物工程系統(tǒng)血管化不良的相關障礙， 能夠大量釋放氧氣的材料已提出。這種釋氧材料通常由固體過氧化物(例如，固體鈣和鎂過氧化物，過氧化氫，過碳酸鈉和氟化合物）。然而，帶來了氧的相關爆裂釋放引起細胞毒性問題，以及短期的供應曲線。為了克服這些限制，已經提出依靠哺乳動物細胞與非常規(guī)生物（如光合物種）的共培養(yǎng)來連續(xù)和按需提供氧氣。針對傷口愈合、癌癥治療、心血管相關疾病和細胞移植，提出了不同的應用方案。在這一問題上，Maharjan等人將生物光合藻類(C.reinhardtii)與哺乳動物細胞(HepG2)嵌入到GelMA中，形成模擬人肝的蜂窩狀結構，從而開發(fā)這種活氧供應體。特殊的藻類能夠在特定的光照條件下釋放氧氣，從而促進細胞增殖和肝臟特異性蛋白的產生（原文介紹請點擊此鏈接）。值得注意的是，作者還能夠利用纖維素基生物墨水的酶降解來生產微通道。然后，通過將空心微通道與內皮細胞(C2C12)重新填充，形成血管網絡。這些發(fā)現(xiàn)進一步打開了依靠使用藻類等非常規(guī)生物成分的下一代血管化策略的前景。這些微生物的細胞器也可以被探索，如葉綠體，因為它們在氧氣的連續(xù)和無限釋放中表現(xiàn)出相似的潛力。我們認為，這些策略可能有助于顯著改善組織工程結構的體內生物性能，或作為光反應的藥物傳遞系統(tǒng)。了解將與生物材料結合使用的生物或細胞器、其產氧途徑，以及建立適合藻類和哺乳動物細胞生存的共培養(yǎng)條件的適當平衡，是設計這些戰(zhàn)略時應考慮的關鍵先決條件。為了開發(fā)一個功能齊全的基于生物的氧氣釋放系統(tǒng)，藻類和哺乳動物細胞必須相互接受所有周圍因素， 如微藻種類、培養(yǎng)基、溫度范圍和光強，這些因素具有不同的最佳條件。我們確實認為，基于光合微生物的戰(zhàn)略可以作為人類細胞的可持續(xù)、生態(tài)友好、成本效益高的氧氣來源加以利用，從而為組織工程領域帶來相當大的優(yōu)勢。當然，將這些系統(tǒng)轉化為臨床將受到今后應予處理的重要監(jiān)管限制的阻礙。

新的血管和供養(yǎng)策略

參考文獻

Correia C R , Mano J F . 3D-Bioprinted Constructs that Breathe[J]. Matter, 2021, 4(1):15-17.

10.1016/j.matt.2020.12.019

文章來源：微信公眾號  上普生物