生物打印+冷凍：可在低溫條件長期存儲打印出的生物組織細胞

來源：中國科學(xué)報

廣泛研究和臨床應(yīng)用3D組織的一個主要障礙是它們的保存期限很短，可能只有幾個小時到幾天。在器官移植的情況中，一個生物打印的組織必須被迅速運送到需要它的地方，否則將無法存活。

在2021年12月22日發(fā)表于《物質(zhì)》的一項研究中，美國布萊根婦女醫(yī)院和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員描述了他們將3D生物打印技術(shù)與冷凍保存技術(shù)相結(jié)合的工作。

這種技術(shù)創(chuàng)造出的組織可以被保存在零下196攝氏度的冰箱中。該組織可在幾分鐘內(nèi)解凍，并立即投入使用�！皞鹘y(tǒng)的生物打印基本上沒有保存期限。在大多數(shù)情況下，它實際上只是被打印出來，然后使用。”論文第一作者、布萊根婦女醫(yī)院生物醫(yī)學(xué)工程師Y. Shrike Zhang說，“有了冷凍生物打印技術(shù)，只要你愿意，就可以在冷凍狀態(tài)下打印和儲存�！�

20年前，3D生物打印技術(shù)首次用于制造人造人體組織。與傳統(tǒng)的3D打印一樣，該技術(shù)利用一種墨水，通過噴嘴一層一層地擠壓成預(yù)先設(shè)定的形狀。在生物打印的情況下，這種墨水通常是由嵌入活細胞的明膠樣支架組成。冷凍生物打印的工作原理與此相同，只不過打印是直接在零下20攝氏度的冷板上進行的。組織被打印后，它們立即被轉(zhuǎn)移到低溫條件下進行長期存儲。

冷凍打印還有一個額外的優(yōu)勢，那就是它可以比傳統(tǒng)生物打印方法制作更復(fù)雜的形狀�！吧�物墨水的細絲在接觸冷板幾毫秒內(nèi)就凍結(jié)了，所以它沒有時間改變原有的形狀�！盳hang說，“然后你就可以層層疊加，最終創(chuàng)造出一個能夠承受自身重量的獨立3D結(jié)構(gòu)。”

低溫的使用同時也打破了對能夠使用的生物墨水類型的限制。在傳統(tǒng)的生物打印方法中，生物墨水必須具有黏性才能保持其形狀，但在較低的溫度下，大多數(shù)液體天生具有更大的黏性。

為了在低溫下生存，細胞必須借助一種低溫保存劑，這種物質(zhì)可以防止?jié)B透壓休克，并限制會破壞細胞膜的冰晶形成。Zhang的團隊把大部分精力都放在尋找能產(chǎn)生最高細胞活力的低溫保存劑組合上。他們證明，這些組織在復(fù)活之前至少可以存活3個月�！盎謴�(fù)組織是相當(dāng)容易的�！盳hang說，“這就像復(fù)活任何類型的冷凍儲存的細胞。你把它們放回一個溫暖的介質(zhì)中，并使用快速解凍過程。”

為了證明這些組織可以保留其原有功能，他和同事進行了一系列的細胞活性測試，結(jié)果表明這些細胞可以像之前一樣分化。

未來，3D生物打印的組織可以作為測試新藥的真實模型，或者幫助受傷或患病后需要替換組織的患者。能夠在較長時間里冷凍生物打印組織使得研究人員可以進一步合作開發(fā)這些應(yīng)用，并在臨床前和臨床環(huán)境中擴展儲存的用途。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.11.020