多層環状組織のデジタル調整可能なマイクロ流体バイオプリンティング

多層環状組織のデジタル調整可能なマイクロ流体バイオプリンティング
寄稿者: 王慧超、連秦

バイオ 3D プリンティングは、細胞を含む生物学的材料を堆積させて特定の 3 次元構造を形成できるため、複雑なバイオニック組織構造、特に血管構造の製造によく使用されます。現在、血管を構築する主な方法は、層ごとに積み重ねることと犠牲材料を使用することですが、印刷速度が遅く、印刷プロセスが煩雑であり、印刷された構造に直接流体を注入することができません。上海交通大学医学部付属仁済病院形成外科のピ・チンメン博士は、国際バイオマテリアルジャーナル「Advanced Materials」に論文を発表し、一度に円周状の多層環状構造を印刷し、直接灌流に使用できるマルチチャネル同軸押し出しシステム(MCCES)を提案した。

この研究で使用された生体材料は、7% (w/v) GelMA、2% (w/v) アルギン酸ナトリウム、および 2% (w/v) トリペンタエリスリトール コア (PEGOA) であり、印刷された構造の機械的強度を保証するだけでなく、細胞の成長と増殖を促進しました。図1AはMCCESシステムの概略図を示しており、このシステムは3つの供給ポートに分かれており、1と2は異なる細胞を搭載した生体材料を供給するためのポート、3は架橋用の塩化カルシウム溶液を供給するためのポートです。図 1B は、カルシウムイオンと生体材料の架橋および光誘起 GelMA 架橋によって安定した中空チューブ構造を形成する印刷構造の概略図を示しています。図 1C は、蛍光試薬で標識された細胞の下でこのシステムによって印刷された中空チューブ構造を示しています。 1または2を断続的に閉じることで、単層チューブと二層チューブの断続的な交互構造を印刷できます。その後の灌流実験の結果、このシステムを使用して印刷された中空チューブ構造は構造的完全性が良好で、流体の漏れがないことが示されました。




図1 マルチチャネル同軸押し出しシステムの構成と印刷プロセスの概略図。人間の尿道は、尿道上皮細胞、線維芽細胞、平滑筋細胞を含む3つの細胞層で構成されています。従来の印刷プロセスではバイオニック尿道構造の構築は困難でしたが、MCCESシステムではこれを実現できます。将来的には、関連疾患の治療にバイオニック尿道を構築するために使用できます。同時に、人間の血管構造には、内皮細胞層、中間平滑筋層、合成線維芽細胞の外層もあります。医療用のバイオニック血管構造の構築も難しい問題です。記事では、静脈内皮細胞と血管平滑筋細胞の両方がMCCESシステムで印刷された構造内で成長および増殖し、網状構造を形成する能力があると述べられています。将来的には、MCCES システムは人間の生体血管組織の構築に使用され、臨床利用されることが期待されます。

参考文献:
Q Pi、S Maharjan、X Yan。多層カニューラ組織のデジタル調整可能なマイクロ流体バイオプリンティング[J]。Advanced Materials、2018年。

寄稿者: 王慧超、連秦 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

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