3D打印肌肉肌腱单元

供稿人:周李念、连芩

人体骨骼肌由中间的肌肉部分和两端的肌腱部分组成，部分骨骼肌拥有多个肌肉肌腱单元（Muscle-Tendon Units，MTUs），相关研究表明，骨骼肌在进行运动时，主要是以肌肉肌腱单元为基本单元进行控制的，因此，研究肌肉肌腱单元的各项工作机理，对骨骼肌的研究有着十分重要的意义。随着3D打印技术在组织工程领域的应用，越来越多的结构较为复杂的组织的制造成为可能，美国维克森林大学Tyler K Merceron等人利用3D打印技术，进行了肌肉肌腱单元的制造。

图1 肌肉肌腱单元制造 （a）肌肉肌腱单元模型（b）肌肉肌腱单元打印步骤

其打印方法如图1所示。单元整体为方块结构，如图（a），其中绿色一侧为肌肉部分，利用热塑性聚氨酯（PU）作为打印材料；红色一侧为肌腱部分，利用聚己内酯（PCL）作为打印材料。在完成上述两部分结构的打印后，进行细胞打印，肌肉部分使用了小鼠成肌细胞（C2C12），用蓝色表示，肌腱部分使用了小鼠成纤维细胞（NIH/3T3），用白色表示，所用生物墨水为含有透明质酸、明胶、纤维蛋白原的复合水凝胶。

图2 肌肉肌腱单元细胞生长状况

所打印的肌肉肌腱单元结构良好，且肌肉与肌腱连接部分分界清晰，且所打印的肌肉肌腱单元肌肉一侧和肌腱一侧有着明显的力学差异。对所打印的肌肉肌腱单元进行静态培养，并对其中细胞的生长进行观察（绿色代表成肌细胞，红色代表成纤维细胞），结果如图2所示，两种细胞生长良好且均出现分化，在肌肉与肌腱连接部分有融合的趋势。利用3D打印技术制造的该肌肉肌腱单元，可用于后续骨骼肌的各项研究。

参考文献：
Merceron T K , Burt M , Seol Y J , et al. A 3D bioprinted complex structure for engineering the muscle–tendon unit[J]. Biofabrication, 2015, 7(3):035003.

供稿人:周李念、连芩
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室