組織工程學(xué)具有巨大的潛力，可以克服器官移植不足和藥物篩選問題，并研究與生物學(xué)功能有關(guān)的分子現(xiàn)象，例如組織形態(tài)發(fā)生，傷口愈合和炎癥反應(yīng)。最近，生物打印已經(jīng)成為制造復(fù)雜3D組織的先進(jìn)方法之一。盡管3D生物打印具有巨大的潛力，但是當(dāng)前的生物墨水和打印方法仍然存在一些缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)限制了打印彈性和高度血管化組織的能力。特別是由于缺乏合適的具有高可打印性、生物相容性、仿生性和適當(dāng)機(jī)械性能的生物油墨。因此，完全基于3D生物打印的復(fù)雜仿生結(jié)構(gòu)的制造仍然具有很大挑戰(zhàn)性。

為了解決這些缺點(diǎn)，來自美國加利福尼亞大學(xué)的Sohyung Lee等人在《Advanced Materials》上發(fā)表題為“基于重組人彈性蛋白的生物墨水用于血管化軟組織的3D生物打印技術(shù)”的文章。在這項(xiàng)工作中證明了使用重組人原彈性蛋白作為具有高度生物相容性和彈性生物墨水去制造復(fù)雜的軟組織的3D打印技術(shù)的可行性。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adma.202003915

作為該概念的證明，本文對血管化的心臟構(gòu)建體進(jìn)行生物打印，并在體外和體內(nèi)評估其功能。打印的結(jié)構(gòu)體顯示出內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能和心肌細(xì)胞的自發(fā)搏動，這是體內(nèi)心臟組織的重要功能。此外，打印的結(jié)構(gòu)體引起的炎癥反應(yīng)很小，并且將其皮下植入大鼠中時(shí)體內(nèi)可有效地生物降解。綜上所述，這些結(jié)果證明了彈性生物墨水在打印3D功能性心臟組織中的潛力，而該3D功能性心臟組織最終可用于心臟組織的替換。

圖1.GelMA / MeTro復(fù)合水凝膠的合成和力學(xué)表征示意圖

圖2.優(yōu)化3D打印參數(shù)示意圖

圖3.使用MeTro / GelMA生物墨水對充滿細(xì)胞的彈性結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D生物打印的過程

圖4.3D打印血管化心臟構(gòu)建體的體外功能和體內(nèi)生物相容性評估示意圖

在這項(xiàng)工作中，首次展示了重組人原彈性蛋白與明膠結(jié)合作為3D生物打印的彈性生物墨水的用途。兩種生物聚合物的協(xié)同締合可以實(shí)現(xiàn)具有高細(xì)胞活力的高分辨率打印。作為制造完全3D打印的人工組織的概念的證明，對血管化的心臟組織構(gòu)建體進(jìn)行3D打印并在體內(nèi)和體外進(jìn)行表征。打印的構(gòu)建體表現(xiàn)出內(nèi)皮屏障功能和心臟細(xì)胞的自發(fā)搏動，這是體內(nèi)心臟組織的重要功能。此外，打印的構(gòu)建體引起的炎癥反應(yīng)最小，并且當(dāng)在大鼠中皮下植入時(shí)顯示其在體內(nèi)可生物降解。綜上所述，本文的結(jié)果證明了MeTro / GelMA生物墨水在打印復(fù)雜的3D功能性心臟組織中的潛力，這些組織最終可用于心臟置換技術(shù)。

展望

3D打印對于工程化整個(gè)器官具有廣闊的前景，但仍然存在挑戰(zhàn)。這些包括對生理上相關(guān)數(shù)量的細(xì)胞的需求，以及使用分級血管網(wǎng)絡(luò)打印復(fù)雜的人類規(guī)模組織的可擴(kuò)展方法。這項(xiàng)工作中介紹的血管化心臟構(gòu)造已證明我們可以制造基友天然組織的結(jié)構(gòu)和功能特性的小組織。在臨床上，應(yīng)通過使用相關(guān)的動物模型（例如，心肌梗塞模型）來評估充滿細(xì)胞的心臟組織的治療價(jià)值。我們設(shè)想將我們的方法與模塊化組織設(shè)計(jì)相結(jié)合，將能夠在臨床相關(guān)規(guī)模上制造復(fù)雜的多功能組織。