3D打印增加细胞形成类器官的复杂性2024-01-26 09:12:31
梯度水凝胶一般指具有一种或多种物质浓度梯度的水凝胶. Hancock等报道了一种简单的技术,可在光交联水凝胶中生成超过厘米长度范围的浓度梯度。产生带有掩模图案的水凝胶.例如, Nichol等利用该方法制备了方形的GelMA微凝胶,并将3T3成纤维细胞包被在这些微凝胶中进行培养, 结果发现这些细胞表现出较高的活力（75％~92％）; 且相比于大块的GelMA水凝胶, 微凝胶中的成纤维细胞形态更长, 也更接近该细胞在体内的形态.此外, 若事先将PEG涂覆在GelMA微凝胶黏附的基底上, 可实现人脐静脉内皮细胞（HUVECs）选择性地与含有成纤维细胞的GelMA微凝胶结合。在此基础上, 研究者还证明了在3T3细胞负载的GelMA水凝胶中可形成微通道, 通过该微通道HUVECs可以被灌注进去, 形成共培养的微血管网络结构。因此, 特定图案化的水凝胶能够更好地模拟体内环境, 促进细胞的生长和微血管网络的生成,这有助于形成更稳定、功能更完备的类器官。3D打印技术促进了载有细胞的水凝胶的复杂制造和安全的多尺度细胞图案化. 生物打印旨在精确分配细胞、水凝胶或细胞负载的材料, 以制备空间可控的3D结构, 并模拟原生组织的生理形貌. 通过精心设计生物相容性材料和交联方法, 优化生物打印参数, 组装的细胞负载结构物能够为细胞增殖和分化提供近生理的环境, 以适应类器官的生成和培养需求.
此外, 3D打印技术的进步能够增加细胞形成类器官的复杂性。Takano等将3D打印与立方体装置结合开发了一个3D培养平台, 可以设计并制备不同的生物水凝胶.他们通过3D打印的水溶性模具的成型工艺, 展示了立方体装置中胶原蛋白水凝胶中通道的形成, 并在胶原凝胶中螺旋形通道的内壁上接种HUVEC以模拟血管结构。这种方法同时允许精确控制水凝胶中的细胞定位以进行类器官形态发生, 以及大型类器官的多向成像. 此外, 生物打印能够对材料和细胞进行高精度的加工, 以生成3D空间可控分布. 如果能达到保存细胞活力和功能的目标, 生物打印就能够成功打印类器官并模拟对应组织的结构与部分功能, 以在体外直接制造适合移植的成熟人工组织。
出自《水凝胶材料在类器官研究中的应用进展》作者覃馨园 刘海涛, 甘忠桥.
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