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體外3D打印血管化全層皮膚組織模型

 韓國浦項科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院Byoung Soo Kim等人提出一種新的皮膚打印策略。研究人員在自行設(shè)計的多功能生物3D打印平臺上,利用噴墨和擠出打印兩種工藝構(gòu)建了包含表皮、真皮和皮下組織的體外全層皮膚模型,在該模型真皮層和皮下組織的交界處含有內(nèi)皮化且可灌注的血管(如圖1所示)。

圖1 全層皮膚組織模型

       血管化全層皮膚的打印過程主要分為四步(如圖2所示)。首先,利用PCL擠出打印類似Transwell的結(jié)構(gòu),在表面均勻地覆蓋明膠基墨水;隨后擠出打印PCL網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并在四周形成“圍墻”;然后,逐層擠出打印皮下組織層、血管、真皮層,噴墨打印表皮層;最后,灌流血管并添加混合培養(yǎng)基促進(jìn)皮膚成熟。其中,PCL起到支撐材料、減小模型收縮、形成氣液培養(yǎng)界面的作用。

圖2全層皮膚組織模型打印流程

       值得注意的是,為了保證良好的生物相容性,在打印血管時,研究人員放棄通常使用同軸噴頭,轉(zhuǎn)而利用低溫預(yù)固化明膠-纖維蛋白原實心圓管,后用凝血酶噴灑表面提高其強(qiáng)度,最后升高溫度使內(nèi)部材料流出的方法形成空腔。灌流實驗證明了該方案的可行性,HE染色發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞成熟后形成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu),大分子滲透實驗證明了打印后內(nèi)皮化的血管具有選擇滲透性,具有實際血管的特定功能。

圖3 打印血管灌注實驗(上)、內(nèi)皮細(xì)胞成熟后環(huán)狀結(jié)構(gòu)(中) 大分子物質(zhì)的滲透試驗(下)

     在多種混合培養(yǎng)液的共同作用下,通過細(xì)胞功能表達(dá)標(biāo)志物的檢測,證明了與只含有表皮層和真皮層的皮膚模型相比,血管化的全層皮膚組織模型具有與實際皮膚更接近的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和完整功能,其細(xì)胞功能標(biāo)記物的表達(dá)更為充分。
       研究人員目前正通過與其他皮膚相關(guān)的細(xì)胞,如黑素細(xì)胞、毛囊、汗腺等結(jié)合,進(jìn)一步接近原生人類皮膚的復(fù)雜性;也希望這個血管化的全層皮膚模型可以為病理研究提供正確的依據(jù)。


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