MicroFab噴墨打印技術的應用：制備細胞外囊泡微環(huán)境
美國卡內(nèi)基梅隆大學Phil G. Campbell教授利用MicroFab的噴墨打印技術制備細胞外囊泡（EVs）微環(huán)境，解決了由于缺乏明確的固相外泌體/ECM微環(huán)境的體外模型的問題，用于研究外泌體介導的ECM效應的機制，該技術也可以直接轉化為體內(nèi)應用，用于向組織遞送局部外來體。
介紹
細胞外囊泡（EVs）是一種由蛋白質(zhì)磷脂膜包裹的異質(zhì)囊泡群，EVs存在于所有體液中，并在健康和疾病中介導局部和全身細胞間通訊，EV介導的細胞間通信在正常和病理生理條件下都發(fā)揮著關鍵作用。外泌體是細胞外囊泡的一個子集，其運輸多種細胞信號分子，與生長因子類似，外泌體以可溶液相形式和固定固相形式存在，結合在細胞外基質(zhì)（ECM）內(nèi)。外泌體因其作為疾病生物標志物和治療靶點的潛力而受到越來越多的關注（如圖1所示）。
▲ 圖1 組織微環(huán)境中存在的外泌體的示意圖。
▲ 圖2 外泌體墨水配方和生物印刷；a）定制噴墨生物打印機的照片；b）各種外來體生物墨水配方的Zeta潛在值；c）不同外泌體油墨配方的液滴體積；d）不同外來體油墨配方的液滴速度；e）珠上流式細胞儀直方圖，顯示生物打印過程中外來體膜的穩(wěn)定性。
Phil G. Campbell教授團隊選擇了涂有100µg/ml 1型膠原的蓋玻片進行體外研究（圖3A）。60µm噴頭以1.8±0.52 m/s的速度產(chǎn)生約70±4.87pl的液滴，沉積點徑約75µm。PKH26標記的外泌體的濃度調(diào)制陣列的模式，每個尺寸為0.5mm×0.5mm，在1型膠原涂層的蓋玻片上創(chuàng)建，如圖3B所示。圖案由單個沉積液滴之間的80µm間距組成。為了研究噴嘴直徑對沉積液滴直徑的影響，使用雙噴墨設置（60µm和30µm）打印組合陣列，如圖3C所示。PKH67（偽綠色）標記的外泌體用30µm噴頭打印，間距為100µm，沉積點徑為40µm，而PKH26（偽紅色）標記的外泌體用60µm噴頭打印，間距為200µm，沉積點徑為75µm。如圖3D所示，M1和M2外泌體的印刷圖案在細胞培養(yǎng)條件下在1型膠原涂層蓋玻片上持續(xù)96小時。
▲ 圖3 a）PKH26標記的外泌體與不同ECM涂覆的蓋玻片的結合效率；b）外泌體微環(huán)境對1型膠原涂層蓋玻片的打印調(diào)節(jié)，60µm噴頭產(chǎn)生直徑約75µm的點；c）兩種不同外泌體群體的組合陣列顯示了對沉積液滴分辨率的控制；d）外泌體模式在體外條件下持續(xù)4天。
結論
首次展示了高度受控的基于噴墨的生物制造，明確定義的外來體微環(huán)境具有生物活性，以空間受控的方式影響細胞行為。通過利用從不同巨噬細胞亞群（M0、M1和M2）分離的外泌體并通過測定其對C2C12細胞肌生成的影響，確認了生物打印微環(huán)境的生物活性和對細胞反應的空間控制。這些觀察結果可以轉化為固定化策略，允許制造定義明確的固相外泌體微環(huán)境，以更好地理解其生物學，并最終實現(xiàn)外源性載藥外泌體的可控、局部遞送，與其天然貨物協(xié)同工作。噴墨打印技術將有助于研究固相外泌體在生理和病理生理條件下的作用，并代表了一種定位外泌體遞送的新方法。
參考文獻：
[1] Yerneni S S , Whiteside T L , Weiss L E , et al. Bioprinting exosome-like extracellular vesicle microenvironments[J]. Bioprinting, 2019.
