研究人員創造出可將氧氣輸送至3D列印組織細胞的生物墨水

中國3D列印網9月16日訊，組織工程或再生是通過結合具有最佳化學和生理條件的細胞和其他材料來改善或替換生物組織的過程，以建立可在其上形成新的活組織的支架。我們已經看到許多3D列印的示例用於完成此任務。以這種方式改造新組織的潛力為器官移植的短缺和在藥物發現中的應用提供了答案。
但是，要成為有活力的組織，這些細胞需要通過血管輸送給它們的氧氣，在移植的組織中，氧氣可能需要幾天才能生長。但是一組研究人員正在研究一種解決方案：一種可釋放氧氣的生物墨水，它可以將這種最重要的元素傳遞到3D生物列印組織的細胞中。這樣，細胞就可以在等待血管生長的過程中存活下來。

生物墨水中的心臟細胞（L）沒有氧氣支持，而（R）具有氧氣釋放功能。活細胞被染成綠色，死細胞被染成紅色。圖片：Khademhosseini Lab）
最近的研究團隊來自UCLA，土耳其的Kocaeli大學，加利福尼亞的Terasaki生物醫學創新研究所（TIBI），伊朗的謝裡夫工業大學，土耳其的Erciyes大學，法國的洛林大學和愛荷華大學。在Advanced Healthcare Materials上發表了有關其工作的論文，「充氧細胞的明膠甲基丙烯醯基結構的生物3D列印」。
摘要指出：「在移植的早期階段和新血管形成之前的細胞存活是生物3D列印組織在翻譯應用中的主要挑戰。通過諸如過氧化鈣（CPO）之類的O2生成源向移植的細胞補充氧氣（O2）是確保細胞活力的一種有吸引力的方法。過氧化鈣還會產生氫氧化鈣，從而降低生物墨水的粘度，這是生物列印的限制因素。因此，使該解決方案適應生物3D列印非常重要。在這項研究中，開發了一種在pH和粘度方面經過優化的明膠甲基丙烯醯基（GelMA）生物墨水。改進的流變性能導致產生了適合3D生物列印和受控O2釋放的堅固的生物墨水。另外，表徵了具有不同CPO濃度的水凝膠的O 2釋放，生物印刷條件和機械性能。作為概念研究的證明，使用含有GelMA bioink的CPO對成纖維細胞和心肌細胞進行生物印刷。在缺氧條件下培養7天後檢查印刷細胞的活力和代謝活性。結果表明，在低氧條件下，添加CPO可以改善生物列印結構中細胞的代謝活性和細胞活力。」

據中國3D列印網了解，為了增強其產生氧氣的明膠甲基丙烯醯基（GelMA）生物墨水的物理和化學特性，該團隊進行了廣泛的測試，發現足夠的氧氣被輸送到細胞中，以維持發育中的組織結構，直到血管完工為止。發展。一旦發生這種情況，容器就可以接管氧氣的輸送。即使那樣，生物墨水仍然可以通過提供額外的支持來幫助，以增強更多新組織的生長和再生。

TIBI團隊的首席研究員Samad Ahadian博士解釋說：「通過將氧氣輸送到植入的細胞中，我們將能夠改善組織功能並整合到宿主組織中。類似的方法可用於使功能性組織具有更長的生存期，以便在很長一段時間內進行藥物篩選和病理生理學研究。」此外，研究人員對具有兩種類型的細胞（包括肌肉細胞和心臟細胞）的組織構造物進行了實驗，並報告說使用新的生物墨水會產生一些「正效應」。