3D打印支架在乳腺切除及组织再生中的应用

来源：增材之光

比利时和德国的研究人员探索了生物打印的主题，并在最近发表的“基于MSC的脂肪组织工程的不同孔径3D打印明胶支架的评估”中评估了生物相容性结构。通过乳房切除术或其他类型的涉及软组织的创伤，研究团队3D打印并评估了基于明胶的支架样品。

乳腺癌在全球范围内都很普遍，甚至具有潜在的破坏性，因此，人们正在进行有关软组织再生的诊断、治疗和程序的持续研究。但是，当今的许多方法都存在障碍。从显微外科手术并发症到高吸收率。随着脂肪组织工程的出现，通过间充质基质细胞（MSCs）和生物材料的整合存在再生的潜力。

在这项研究中，可光交联的甲基丙烯酸明胶（Gel-MA）是首选材料，因为它具有与细胞相互作用的能力以及与细胞外基质中胶原蛋白相似的优点。研究人员研究了多孔3D支架内骨髓来源MSC的成脂分化行为。它们不是“限制”细胞，而是允许三种关键活动：空间扩散、移动和分布。使用3D打印的样本，研究团队能够控制参数并轻松更改3D文件和生成的3D打印。

该团队使用基于挤压的3D打印形式，以400至800 μm的撑杆间距改变了样品支架。相应的孔径为230±24 μm（400），302±30 μm（500），348±28 μm（600）和531±33 μm（800）。使用基于挤压的3D打印形式，研究团队将支撑间距改为400至800μm的样品支架。形成了相应的孔径230±24μm（400）、302±30μm（500）、348±28μm（600）和531±33μm（800）。

在打印过程中，通过维护以下方面来保持对高形状保真度支架的控制：
•恒压（120 kPa）
•温度（30°C）
•写入速度（10mm s-1）

研究人员还保持了紫外线照射时间的一致性，并采用了高精度喷嘴（150 μm）来制作稳定的支架，所有支架都显示出相似的支柱宽度。尽管所有样品都可以吸收水，但在毛孔较大的样品中，这种能力有所提高。总体而言，研究团队指出，样品支架的膨胀和机械性能之间存在联系，这是由于质量膨胀比不断增加，而压缩模量却在下降。

MSC在挤出打印支架上的成脂分化。a）与支架相比，骨髓间充质干细胞的脂肪表达标记物PPAR-γ，LPL，FABP和FASN基因的表达。b）明场和c）免疫荧光图像显示在成脂培养基中培养8天后清晰可见的脂滴。d）通过将尼罗红（染色脂质滴）面积归一化为核数来量化成脂分化。除（c）中的TCP面板为100 μm外，所有图像中的比例尺均表示200 μm。

尽管所有组中挤出的Gel-MA刚度都为3-4 kPa，模仿了天然软组织的顺应性，但随着孔径的增加，压缩模量的变化反映了支架的宏观结构完整性。在未来的工作中，保持低刚度以促进成脂分化，同时改善结构稳定性以提高植入操作性可能涉及用次级颗粒或相来增强油墨。

在所有孔径（200-600 μm）的支架中，MSC均能很好地分化为成脂谱系。但是，空间分布和细胞浸润各不相同，因此具有较大孔径（> 500 μm）的支架支持同时分化和浸润。这些发现表明，在设计3D软组织再生支架时，考虑设计参数（例如孔径）至关重要

细胞和脂质滴在支架中的空间分布。a）在每种支架类型上，用DAPI（细胞核）和尼罗红（脂滴）染色的代表性支架截面显示细胞浸润和成脂分化细胞的空间分布差异。在支架的不同区域中对b）细胞和c）尼罗红阳性区域的定量。

生物打印和支架的研究不断扩大，尽管对乳腺癌等疾病的研究至关重要，但其他科学家已经发表了有关种植真皮成纤维细胞，促进软骨生长，3D打印用于骨替代的研究，在这个非常重要的领域中还有其他正在进行的项目。