陳紹琛教授：利用投影式光固化技術(shù)構(gòu)建翼狀胬肉微環(huán)境體外多細(xì)胞模型

來源：EngineeringForLife  

翼狀胬肉是一種發(fā)病率極高的眼科疾病，該疾病具有損傷視力的風(fēng)險；作為一種結(jié)膜病理性的過度生長，其發(fā)生伴隨著新生血管的形成和慢性炎癥。但由于發(fā)病機制尚不清楚，即使通過手術(shù)干預(yù)恢復(fù)視覺之后，預(yù)防術(shù)后復(fù)發(fā)也具有一定的挑戰(zhàn)性。因此，需要有效和可重復(fù)的疾病模型來解釋翼狀胬肉的發(fā)病機制和探索新的治療方法。近期，來自 University of California San Diego的陳紹琛教授團(tuán)隊通過使用投影式光固化技術(shù)（DLP）生物3D打印了人源結(jié)膜干細(xì)胞（hCjSCs），并開發(fā)了一種多細(xì)胞體外翼狀胬肉模型。相關(guān)論文“Rapid 3D bioprinting of a multicellular model recapitulating pterygium microenvironment”發(fā)表在Biomaterials雜志上。

首先，研究人員通過對照試驗以及免疫熒光染色試驗，驗證了新型的無飼養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)體系能夠在體外有效地擴展了具有同質(zhì)性、干性和分化潛能的原代hCjSCs（圖1）。

圖1 用結(jié)膜干細(xì)胞培養(yǎng)基（CjSCM）體外擴增原代hCjSCs

其次，通過探索DLP 生物3D打印hCjSCs的打印條件，研究人員制造出了可負(fù)載結(jié)膜干細(xì)胞（CjSCs）并保留其細(xì)胞活性和生物完整性的水凝膠支架（圖2）。

圖2 利用DLP生物3D打印技術(shù)制造的水凝膠支架

接著，研究人員為模擬疾病的微環(huán)境，將生物3D打印的翼狀胬肉模型結(jié)合了原代hCjSCs、免疫細(xì)胞和血管細(xì)胞。并通過RNA測序(RNA-seq)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)在3D翼狀胬肉模型中的細(xì)胞出現(xiàn)了炎癥反應(yīng)和上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）的病理特征（圖3）。

圖3 基于DLP的多細(xì)胞翼狀胬肉模型的生物3D打印

隨后，研究人員為了解三維翼狀胬肉模型的分子特征，進(jìn)行了GSEA和GO富集分析，其顯示了翼狀胬肉相關(guān)病理特征（圖4）。

圖4 3D翼狀胬肉模型的翼狀胬肉相關(guān)病理特征

最后，研究人員對比了來源于患者的翼狀胬肉組織的公共RNA-seq數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)來源于正常人體的結(jié)膜干細(xì)胞在通過3D打印構(gòu)建的疾病微環(huán)境中展現(xiàn)于病人組織相似的特征信號表現(xiàn)，驗證了生物打印翼狀胬肉模型能夠再現(xiàn)疾病的微環(huán)境（圖5）。

圖5 3D翼狀胬肉模型的轉(zhuǎn)錄組譜

綜上所述，通過結(jié)合成體干細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)和新型生物3D打印方法，本文章首次報道了模擬翼狀胬肉相關(guān)微環(huán)境的3D多細(xì)胞體外疾病模型，為將來開展相關(guān)疾病的研究，個性化醫(yī)療和高通量藥物篩選提供了新思路。

文章來源：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121391