Piuma生物納米壓痕儀測試3D打印微血管結(jié)構(gòu)

近日，柏林夏里特醫(yī)學院(Charité - Universit?tsmedizin Berlin)的Georg Duda教授在《Advanced Functional Materials》雜志上發(fā)表題目為"Engineering Vascular Self-Assembly by Controlled 3D-Printed Cell Placement"的研究論文。

通過結(jié)合3D多材料生物打印和自組織來源的微血管結(jié)構(gòu)，研究者開發(fā)了一種具有用于微血管形成的不同隔室：通道和侵襲區(qū)域。這是使用兩種不同的生物相容性油墨實現(xiàn)的：GelMA打印散裝材料，而使用酶降解犧牲光墨水HAMA實現(xiàn)通道。

兩種生物墨水與逐層打印方法結(jié)合，導致通道之間的侵入?yún)^(qū)域位于基底和頂部GelMA層之間的界面處。由于其有利于細胞遷移的條件，侵襲區(qū)域能夠分析受限區(qū)室中血管結(jié)構(gòu)的形成以及細胞定位對細胞相互作用的影響。

塊狀生物材料甲基丙烯酸化明膠(GelMA)的特性以確保細胞間通訊和支持細胞從體中遷移的能力，同時阻止微血管結(jié)構(gòu)的侵入，從而引導它們走向?qū)ｉT設(shè)計的幾何隔室。材料測試顯示，7%(w/v)GelMA 的平均模量為1.75±0.07 kPa；1.5%(w/v)甲基丙烯酸化透明質(zhì)酸(HAMA)為3.15±0.16 kPa。此外，印刷結(jié)構(gòu)使用Optics11 Piuma納米壓痕裝置測量，觀察到局部剛度為2.9±1.7 kPa，在體內(nèi)特征范圍內(nèi)。應力松弛，由松弛半衰期(τ1/2)表征，值為1.7±0.4 s，在凝固骨髓和骨折血腫范圍內(nèi)，并且已被證明有助于細胞擴散。

總之，該系統(tǒng)允許通過內(nèi)皮襯里產(chǎn)生大血管通道，并通過調(diào)整生物打印設(shè)置（改變細胞位置、實體和劑量），使細胞自組裝過程形成可控的微血管結(jié)構(gòu)。血管結(jié)構(gòu)的形成可以通過改變支持細胞類型和位置來誘導和調(diào)節(jié)。摻入的細胞顯示出在培養(yǎng)后幾天內(nèi)形成管腔微血管結(jié)構(gòu)的能力，并顯示出穩(wěn)定和成熟的跡象，以及通過血管生成和吻合形成相互連接的血管網(wǎng)絡(luò)。

得以通過設(shè)計細胞的不同空間排列來控制細胞間相互作用、遷移和增殖，從而控制形成血管結(jié)構(gòu)的數(shù)量、方向、長度和分支行為，有助于研究細胞類型和空間配置如何影響宏血管和微血管結(jié)構(gòu)的自組裝。這種將細胞自組裝的力量與血管形成的空間控制相結(jié)合的創(chuàng)新策略允許發(fā)展精確的血管化?？紤]到組織工程和再生療法中潛在用途的功能、復雜性和適應性，通過自組織形成血管結(jié)構(gòu)應被認為優(yōu)于人工生產(chǎn)血管結(jié)構(gòu)。

doi: 10.1002/adfm.202113269