来源：EFL生物3D打印与生物制造
近年来，脂肪组织被重新定义为代谢活跃的内分泌器官，其分泌的脂肪因子对维持组织稳态和促进再生意义重大，在生物研究和再生医学领域备受关注。目前，脂肪组织工程面临诸多挑战：一方面，模拟其天然结构和密集脂滴存在困难，现有技术难以实现高效的成脂分化；另一方面，脂肪组织与其他组织的整合研究不足，限制了对其在代谢稳态和组织修复中作用的理解。
釜山国立大学医学研究所的Byoung Soo Kim教授团队开发了一种快速组织打印方法，通过流变学和计算分析优化聚己内酯（PCL）框架，在0.3秒内挤出负载前脂肪细胞的生物墨水构建脂肪单元。针对前脂肪细胞迁移抑制脂滴形成的问题，团队研制出限制细胞迁移、促进脂肪细胞成熟的混合生物墨水，并计算出最佳脂肪单元直径（≤600μm）。此外，团队将脂肪模块与真皮模块整合，验证其内分泌功能。相关工作以“3D Bioprinting‐Assisted Tissue Assembly of Endocrine Adipose Units for Enhanced Skin Regeneration”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。该研究为构建大规模、多细胞的3D复合组织提供了新策略，推动了脂肪组织在再生医学中的应用。
研究内容
1. 通过多种实验研究生物墨水及组织单元特性
通过制备不同浓度的AdECM生物墨水并进行流变学测试、CFD模拟，研究了支撑生物墨水的流变特性对组织单元形状和稳定性的影响。结果表明，1%和1.5%浓度的生物墨水具有合适的弹性，能形成稳定的球形组织单元，确定1%浓度为后续实验的最佳选择。
图2. 嵌入式组织单元打印的开发。
2. 探究混合生物墨水对细胞行为及成脂分化的影响
通过在1% AdECM生物墨水中添加不同浓度藻酸盐制备混合生物墨水，进行细胞培养和基因表达分析，研究其对前脂肪细胞迁移、增殖和分化的影响。结果显示，含0.5%藻酸盐的混合生物墨水能有效阻止细胞分散，促进局部增殖和早期成脂分化。
图3. 利用含藻酸盐的混合支撑生物墨水进行嵌入式生物打印以创建密集细胞环境。
3. 确定脂肪单元的最佳直径
通过调节气动压力控制脂肪单元大小，使用缺氧检测试剂盒和基因表达分析，研究不同直径脂肪单元的缺氧情况。结果表明，直径600μm的脂肪单元能最大程度减少缺氧，保持细胞功能，后续实验均采用该尺寸。
图4. 开发嵌入式组织单元打印方法以优化脂肪单元直径。
4. 分析脂肪单元空间排列对其功能的影响
构建不同间距的脂肪模块，进行qRT-PCR分析、BODIPY染色及激素分泌检测，研究脂肪单元空间排列对成脂成熟和内分泌功能的影响。结果表明，较小间距（如1000μm）能促进成脂成熟，增强内分泌反应的动态功能。
图5. 基于脂肪单元排列的形态和功能评估。
5. 评估3D打印脂肪模块对伤口愈合的作用
搭建3D打印辅助伤口划痕实验平台，引入脂肪单元与皮肤细胞共培养，观察细胞迁移和分析相关基因表达，研究脂肪模块内分泌信号对皮肤细胞迁移和伤口愈合的影响。结果显示，近端排列的脂肪单元显著促进伤口愈合，上调细胞迁移相关基因表达。
图6. 使用3D打印辅助伤口划痕平台评估脂肪模块旁分泌信号对伤口愈合的影响。
6. 体内评价含内分泌脂肪单元的组织组装效果
构建脂肪模块与真皮模块集成的组织组装体，植入裸鼠全层皮肤伤口模型，进行H&E染色、免疫组化等检测，研究其在体内促进伤口愈合的效果和机制。结果表明，含脂肪单元的组织组装体显著加速伤口愈合，促进血管化和再上皮化。
图7. 使用快速组织组装技术制备的组织组装体的体内评价。
研究结论
本研究开发了一种新型组织组装策略和混合生物墨水，用于构建密集的脂肪组织以促进皮肤再生。通过详细的流变学分析和计算模拟，优化了脂肪单元的打印过程，实现了高精度和结构保真度。混合生物墨水经特殊设计，可限制细胞迁移，促进密集脂滴的形成，这对脂肪组织的最佳功能至关重要。此外，设计了通用的PCL框架，实现了脂肪单元与相邻皮肤组织替代物的整合。这种工程化复合组织与真皮模块相结合，有效利用脂肪组织的内分泌活性加速了皮肤再生，凸显了该方法在再生医学中制造大型多细胞复合组织的潜力。尽管本研究引入了包含内分泌组织的新方法，但血管化仍是成功制造体积型3D组织构建体的关键挑战。未来将聚焦于开发管状血管模块，并通过“类乐高”组装方法与预先构建的脂肪和皮肤组织整合，提升组织工程应用能力。
文章来源：
https://doi.org/10.1002/adfm.202419680
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