生物3D器官打印應用之喉部軟骨

​軟骨是人體重要的結構組織之一，在硬骨末端、耳廓、氣管等部位均有它的身影。但因其缺乏自我修復能力，使得軟骨結構的再生成為一個難題。為解決這個問題，生物3D打印逐漸進入科研工作者和醫(yī)療工作者的視野，許多打印簡單組織、器官的報道也正在增多。盡管現(xiàn)在已有幾款生物墨水可供選擇，但是面對如此眾多的應用，開發(fā)新的生物墨水以滿足龐大應用面所帶來的生物兼容性、打印精度等問題仍然是目前研究的主流方向之一。

目前，在軟骨打印中常用的材料有明膠和透明質酸，但機械強度過低、降解速率過快一直是這幾種材料拓展應用的障礙。近日，韓國翰林大學Chan-Hum Park教授帶領的課題組對明膠和透明質酸進行預處理，獲得甲基丙烯酸化明膠（Gelatin-methacryloyl, GelMA）和環(huán)氧丙基-甲基丙烯酸化的透明質酸（glycidyl-methacrylated hyaluronic acid, GMHA）。

該課題組通過調整兩種原料的配比來提升生物墨水的各項性質，例如打印精度就是通過比較打印模型和數(shù)字模型間的體積差來進行測定的。通過測試確認7% Gelma具有較好的打印精度，然后在維持7% GelMA的條件下添加不同含量的GMHA，得知3%和5% GMHA（G7H3和G7H5）最為優(yōu)秀。為體現(xiàn)其精度，作者打印了兔喉部軟骨和甲狀軟骨（Fig.1、Fig.2），以證明打印精度完全可以滿足構建軟骨結構。
 

Fig. 1 兔喉部軟骨

Fig.2 兔甲狀軟骨

該課題組的第二個創(chuàng)新點在于使用了扁桃體來源的間充質干細胞（tonsil-derived mesenchymal stem cells, TMSCs）并針對此類細胞的生長特性對生物墨水進行調整，以保證TMSCs在該墨水中能夠保持活性。通過Live/Dead和CCK-8兩種試劑盒的檢測，證實TMSCs在打印成形后的0-7天內穩(wěn)步增殖（Fig.3、Fig.4）。

Fig.3 Live/Dead細胞活性檢測結果

Fig.4 CCK-8細胞計數(shù)測試結果

在文獻中，作者也對該生物墨水進行了體內降解的測試。測試模型是一個分散有扁桃體來源的間充質干細胞的G7H5（TMSC-laden G7H5）圓環(huán)，植入裸鼠的背部皮下，分別于1、2、3周后取出進行降解測量。發(fā)現(xiàn)在三個時間點得到的樣品均保持良好的形態(tài)，無明顯降解現(xiàn)象，在植入?yún)^(qū)域附近也沒有紅腫或感染（Fig.5）。而通過染色可以觀察到軟骨正在逐漸形成。

Fig.5 體內降解測試結果

Fig.6 軟骨形成情況
 

以上結果證明，不光可用于生物3D打印的生物墨水得到了增加，用于生物3D打印的細胞種類也得到了拓展。

參考文獻：

[1] Lee J S, Park H S, Jung H, et al. 3D-printable photocurable bioink for cartilage regeneration of tonsil-derived mesenchymal stem cells[J]. Additive Manufacturing, 2020, 33: 101136.

了解更多關于瑞士REGENHU生物3D打印機信息

請聯(lián)系 021-37827858 或 13818273779