瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Marcy Zenobi‐Wong課題組在AFM|生物3D打印軟骨性耳廓

近期，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Marcy Zenobi‐Wong課題組在Advanced Functional Materials上發(fā)表了題為“Bioprinting of Cartilaginous Auricular Constructs Utilizing an Enzymatically Crosslinkable Bioink”的文章。

摘要：功能組織的生物打印可以克服組織短缺的問題，并可以對(duì)治療做出更快的反應(yīng)。然而，盡管最近在生物打印方面取得了進(jìn)展，并且其以精確的3D方式定位細(xì)胞和生物材料的出色能力，但由于構(gòu)建體未充分成熟到功能組織中，其成功受到了限制。在這里，提出了一種基于因子XIII激活級(jí)聯(lián)的新型鈣觸發(fā)酶交聯(lián)（CTEC）機(jī)制，用于生物墨水，并將其用于軟骨構(gòu)造的生物制造。透明質(zhì)酸轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（HA‐TG）是一種酶學(xué)上可交聯(lián)的材料，顯示出優(yōu)異的軟骨形成特性，并為CTEC生物墨水奠定了基礎(chǔ)。生物墨水通過新軟骨形成和高達(dá)400 kPa的結(jié)構(gòu)硬化來支持組織成熟。生物打印的構(gòu)建體在體內(nèi)保持穩(wěn)定24周，而生物打印的耳廓構(gòu)建體轉(zhuǎn)化為軟骨移植物。當(dāng)前研究的主要局限性在于膠原蛋白I的沉積，表明其趨向于纖維軟骨而不是彈性軟骨。因此，將成熟過程轉(zhuǎn)向彈性軟骨將是必不可少的，以便使已開發(fā)的生物墨水為小眼癥患者提供新穎的組織工程療法。CTEC生物打印技術(shù)進(jìn)一步開放了可酶交聯(lián)的生物聚合物及其模塊性以支持多種組織的使用。表明朝著纖維軟骨而不是彈性軟骨的方向成熟。因此，將成熟過程轉(zhuǎn)向彈性軟骨將是必不可少的，以便使已開發(fā)的生物墨水為小眼癥患者提供新穎的組織工程療法。CTEC生物打印技術(shù)進(jìn)一步開放了可酶交聯(lián)的生物聚合物及其模塊性以支持多種組織的使用。表明朝著纖維軟骨而不是彈性軟骨的方向成熟。因此，將成熟過程轉(zhuǎn)向彈性軟骨將是必不可少的，以便使已開發(fā)的生物墨水為小眼癥患者提供新穎的組織工程療法。CTEC生物打印技術(shù)進(jìn)一步開放了可酶交聯(lián)的生物聚合物及其模塊性以支持多種組織的使用。

墨水原理：利用FXIII的激活級(jí)聯(lián)開發(fā)了一種鈣觸發(fā)式酶聯(lián)交聯(lián)（CTEC）工藝用于生物印刷。在其激活過程中，通過凝血酶裂解其激活肽，使FXIII從酶原形式轉(zhuǎn)化為酶形式。隨后，鈣離子（Ca 2+）導(dǎo)致A亞基構(gòu)象變化，導(dǎo)致載體B亞基解離，從而揭示了酶的活性中心。此過程使我們能夠?qū)⒚窮XIII和凝血酶混合到我們的生物墨水中，并通過Ca 2+的擴(kuò)散觸發(fā)印后的交聯(lián)過程。作為模型的水凝膠，我們使用HA-TG，TG-PEG的基于透明質(zhì)酸的變體，這表明在神經(jīng)大有希望和軟骨組織工程。與PEG相比，乙酰透明質(zhì)酸代表了許多組織（例如結(jié)締組織，上皮組織和神經(jīng)組織）細(xì)胞外基質(zhì)的關(guān)鍵成分，使其成為組織再生應(yīng)用的理想生物聚合物。例如，作為軟骨的主要成分，它參與了大型蛋白聚糖聚集體的形成，從而引起了軟骨對(duì)機(jī)械負(fù)荷的獨(dú)特反應(yīng)。

原理圖

墨水性能

打印的軟骨再生

體外5周培養(yǎng)情況

參考文獻(xiàn)

Philipp Fisch et al. "Bioprinting of Cartilaginous Auricular Constructs Utilizing an Enzymatically Crosslinkable Bioink"  Advanced Functional Materials 2021

https://doi.org/10.1002/adfm.202008261（點(diǎn)擊閱讀原文看英文原文）

文章來源：微信公眾號(hào)  上普生物