3d打印无支架仿生食管

供稿人:郝志岩 王玲

食管切除术是治疗食管长间隙闭锁、腐蚀性食管狭窄和食管癌的有效方法。在这种情况下，需要使用部分胃肠道组织重建食管。然而，这会引起胃肠道功能相关的问题，如反流、延迟食管移植、倾倒综合征等。最近，一些研究人员试图通过使用天然支架来制造食管替代物，但由于其结构特点、生物相容性和免疫原性等问题，食管替代物的研究仍是一个挑战。日本长崎大学的研究人员构建了一个仅由细胞组成的结构来替代食道的一部分，并将其移植到大鼠体内。

研究人员利用生物三维打印技术开发了一种混合细胞类型的无支架结构，并对其进行了大鼠体内和体外的特性评估。通过购买正常人皮肤成纤维细胞、人食管平滑肌细胞、人骨髓间充质干细胞、人脐静脉内皮细胞作为细胞，制备多细胞球体后，采用生物3d打印技术制备食管样管状结构。这些结构先在生物反应器中培养四周，然后将其作为食管移植物移植到10-12周龄的F344雄性大鼠体内，如图1。

图1 研究流程图

研究人员对植入的仿生食管进行为期30天的评估，由于术后反应老鼠出现一些较小的体重减轻，随后老鼠很快就恢复了体重。移植食管始终保持坚固和稳定，没有泄漏或撕裂迹象。研究小组指出，大鼠进食量足够大，即使暴露在胃液中，食管也保持完整，如图2。

图2 移植结构图 A.移植手术部位 B.移植后30天的移植部位 箭头：移植部位，Du：十二指肠，E：食道，EG：食管胃交界处，L：肝脏，St：胃
这项研究首次验证了生物3d打印系统制作的食管结构。制备了四种不同组成的细胞结构，并进行了比较。虽然与原生食管相比结果并不充分，但对比试验表明在四种结构中，间充质干细胞含量最高的结构最适合移植。该结构能够在暴露于胃液的环境中进行移植，在结构的内表面可以出现上皮化组织。虽然这项工作是用生物3d打印系统制作食管结构研究的第一步，但它可能有助于开发食管疾病的治疗方法。采用无支架生物3d打印技术构建的结构有望成为食管移植的潜在替代品。

参考文献：
Takeoka Y, Matsumoto K, Taniguchi D, et al. Regeneration of esophagus using a scaffold-free biomimetic structure created with bio-three-dimensional printing[J]. PloS one, 2019, 14(3): e0211339.

供稿人:郝志岩 王玲 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室