Piuma生物納米壓痕儀測(cè)試3D打印微血管結(jié)構(gòu)

近日，柏林夏里特醫(yī)學(xué)院(Charité - Universit?tsmedizin Berlin)的Georg Duda教授在《Advanced Functional Materials》雜志上發(fā)表題目為"Engineering Vascular Self-Assembly by Controlled 3D-Printed Cell Placement"的研究論文。

通過(guò)結(jié)合3D多材料生物打印和自組織來(lái)源的微血管結(jié)構(gòu)，研究者開(kāi)發(fā)了一種具有用于微血管形成的不同隔室：通道和侵襲區(qū)域。這是使用兩種不同的生物相容性油墨實(shí)現(xiàn)的：GelMA打印散裝材料，而使用酶降解犧牲光墨水HAMA實(shí)現(xiàn)通道。

兩種生物墨水與逐層打印方法結(jié)合，導(dǎo)致通道之間的侵入?yún)^(qū)域位于基底和頂部GelMA層之間的界面處。由于其有利于細(xì)胞遷移的條件，侵襲區(qū)域能夠分析受限區(qū)室中血管結(jié)構(gòu)的形成以及細(xì)胞定位對(duì)細(xì)胞相互作用的影響。

塊狀生物材料甲基丙烯酸化明膠(GelMA)的特性以確保細(xì)胞間通訊和支持細(xì)胞從體中遷移的能力，同時(shí)阻止微血管結(jié)構(gòu)的侵入，從而引導(dǎo)它們走向?qū)ｉT(mén)設(shè)計(jì)的幾何隔室。材料測(cè)試顯示，7%(w/v)GelMA 的平均模量為1.75±0.07 kPa；1.5%(w/v)甲基丙烯酸化透明質(zhì)酸(HAMA)為3.15±0.16 kPa。此外，印刷結(jié)構(gòu)使用Optics11 Piuma納米壓痕裝置測(cè)量，觀(guān)察到局部剛度為2.9±1.7 kPa，在體內(nèi)特征范圍內(nèi)。應(yīng)力松弛，由松弛半衰期(τ1/2)表征，值為1.7±0.4 s，在凝固骨髓和骨折血腫范圍內(nèi)，并且已被證明有助于細(xì)胞擴(kuò)散。

總之，該系統(tǒng)允許通過(guò)內(nèi)皮襯里產(chǎn)生大血管通道，并通過(guò)調(diào)整生物打印設(shè)置（改變細(xì)胞位置、實(shí)體和劑量），使細(xì)胞自組裝過(guò)程形成可控的微血管結(jié)構(gòu)。血管結(jié)構(gòu)的形成可以通過(guò)改變支持細(xì)胞類(lèi)型和位置來(lái)誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)。摻入的細(xì)胞顯示出在培養(yǎng)后幾天內(nèi)形成管腔微血管結(jié)構(gòu)的能力，并顯示出穩(wěn)定和成熟的跡象，以及通過(guò)血管生成和吻合形成相互連接的血管網(wǎng)絡(luò)。

得以通過(guò)設(shè)計(jì)細(xì)胞的不同空間排列來(lái)控制細(xì)胞間相互作用、遷移和增殖，從而控制形成血管結(jié)構(gòu)的數(shù)量、方向、長(zhǎng)度和分支行為，有助于研究細(xì)胞類(lèi)型和空間配置如何影響宏血管和微血管結(jié)構(gòu)的自組裝。這種將細(xì)胞自組裝的力量與血管形成的空間控制相結(jié)合的創(chuàng)新策略允許發(fā)展精確的血管化。考慮到組織工程和再生療法中潛在用途的功能、復(fù)雜性和適應(yīng)性，通過(guò)自組織形成血管結(jié)構(gòu)應(yīng)被認(rèn)為優(yōu)于人工生產(chǎn)血管結(jié)構(gòu)。

doi: 10.1002/adfm.202113269