Matter評(píng)述| 生物3D打印會(huì)呼吸的組織工程結(jié)構(gòu)

摘要：組織工程(TE)的一個(gè)經(jīng)典但仍然是熱門(mén)的話題是建立有效的血管化網(wǎng)絡(luò)，證明氧和營(yíng)養(yǎng)的精細(xì)、控制和長(zhǎng)期分布。將三維(3D)制造技術(shù)與特定活微生物（即光合物種）相結(jié)合，由Maharjan等人提出了復(fù)雜的3D打印組織工程結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)椴溉閯?dòng)物組織提供持續(xù)和按需的氧氣供應(yīng)。

在體內(nèi)，組織存活取決于離最近的毛細(xì)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(wǎng)絡(luò)來(lái)提供氧氣和營(yíng)養(yǎng)。在組織工程界，血管化是一個(gè)古老但仍然是熱門(mén)的話題。最近，為了克服生物工程系統(tǒng)血管化不良的相關(guān)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(guò)氧化物(例如，固體鈣和鎂過(guò)氧化物，過(guò)氧化氫，過(guò)碳酸鈉和氟化合物）。然而，帶來(lái)了氧的相關(guān)爆裂釋放引起細(xì)胞毒性問(wèn)題，以及短期的供應(yīng)曲線。為了克服這些限制，已經(jīng)提出依靠哺乳動(dòng)物細(xì)胞與非常規(guī)生物（如光合物種）的共培養(yǎng)來(lái)連續(xù)和按需提供氧氣。針對(duì)傷口愈合、癌癥治療、心血管相關(guān)疾病和細(xì)胞移植，提出了不同的應(yīng)用方案。在這一問(wèn)題上，Maharjan等人將生物光合藻類(lèi)(C.reinhardtii)與哺乳動(dòng)物細(xì)胞(HepG2)嵌入到GelMA中，形成模擬人肝的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，從而開(kāi)發(fā)這種活氧供應(yīng)體。特殊的藻類(lèi)能夠在特定的光照條件下釋放氧氣，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖和肝臟特異性蛋白的產(chǎn)生（原文介紹請(qǐng)點(diǎn)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(lái)生產(chǎn)微通道。然后，通過(guò)將空心微通道與內(nèi)皮細(xì)胞(C2C12)重新填充，形成血管網(wǎng)絡(luò)。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步打開(kāi)了依靠使用藻類(lèi)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(xì)胞器也可以被探索，如葉綠體，因?yàn)樗鼈冊(cè)谘鯕獾倪B續(xù)和無(wú)限釋放中表現(xiàn)出相似的潛力。我們認(rèn)為，這些策略可能有助于顯著改善組織工程結(jié)構(gòu)的體內(nèi)生物性能，或作為光反應(yīng)的藥物傳遞系統(tǒng)。了解將與生物材料結(jié)合使用的生物或細(xì)胞器、其產(chǎn)氧途徑，以及建立適合藻類(lèi)和哺乳動(dòng)物細(xì)胞生存的共培養(yǎng)條件的適當(dāng)平衡，是設(shè)計(jì)這些戰(zhàn)略時(shí)應(yīng)考慮的關(guān)鍵先決條件。為了開(kāi)發(fā)一個(gè)功能齊全的基于生物的氧氣釋放系統(tǒng)，藻類(lèi)和哺乳動(dòng)物細(xì)胞必須相互接受所有周?chē)�因素�?如微藻種類(lèi)、培養(yǎng)基、溫度范圍和光強(qiáng)，這些因素具有不同的最佳條件。我們確實(shí)認(rèn)為，基于光合微生物的戰(zhàn)略可以作為人類(lèi)細(xì)胞的可持續(xù)、生態(tài)友好、成本效益高的氧氣來(lái)源加以利用，從而為組織工程領(lǐng)域帶來(lái)相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，將這些系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為臨床將受到今后應(yīng)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(xiàn)

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

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