论文：大阪大学3D打印有血管网络的心脏组织

2020年4月20日，南极熊注意到，日本大阪大学的研究人员最近发表了一篇论文‘Vascularized cardiac tissue construction with orientation by layer-by-layer method and 3D printer.’，介绍了他们在血管化心脏构造方面进行生物3D打印实验的发现。论文的作者是Yoshinari Tsukamoto，Takami Akagi和Mitsuru Akashi，发表在《Scientific Reports》杂志上。

随着组织工程在全球实验室中的不断发展，离3D打印人体器官的目标越来越近。 尽管对于许多科学家来说，这种进展似乎遥不可及，但新研究中3D组织的制造仍在继续快速发展。 在本项研究中，作者进一步完善了心脏组织工程学。

（a）使用纤连蛋白（FN）、明胶（G）涂层技术和细胞蓄积技术逐层（LbL）制造3D组织过程的示意图。 （b）使用LbL包被的细胞和细胞蓄积技术制造具有毛细血管网络的3D心脏组织的示意图。

作者对心脏具有特定结构，细胞方向和血管网络的心脏组织进行生物打印，并使用了逐层制造（LbL），细胞蓄积和3D打印技术。 通过3D打印创建了羟丁基壳聚糖（HBC）凝胶框架，以“线性地”控制细胞的方向。

使用3D打印技术制造方向受控的3D心脏组织的示意图。 （a）使用自动点胶3D打印机进行羟丁基壳聚糖（HBC ）3D打印。 （b）使用LbL涂层的细胞和细胞蓄积技术制造多层3D组织。 （c）定向控制3D组织的培养。 （d）使用组织学技术和图像处理评估形状和收缩特性。

作者表示：“ HBC具有随温度变化而发生溶胶-凝胶转变的能力。”

HBC凝胶的使用特别有趣，因为研究人员使用了自动点胶打印机，将墨水冷却至4°C。 作者进行的评估表明，墨水的线宽约为1mm，潜在的层压多达八层。

“第九层不能层压，因为HBC凝胶壁熔化了。 研究人员解释说，其原因是第九层距离基板较远，并且由于无法接受温度控制而熔化。 不过，根据我们之前的研究，3D组织的厚度限制为100μm。 因此，HBC凝胶的3D建模能力足以使用LbL技术和细胞蓄积技术制造3D组织。”

观察和分析由自动点胶3D打印机打印的5％HBC层压壁。 （a）从水平方向观察的层压HBC凝胶壁的高度。 （b）从垂直方向观察的层压HBC凝胶壁的线宽。

通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）获得的荧光标记的鬼笔环肽和抗心肌肌钙蛋白T（cTnT）抗体对形状受控的3D心脏组织图像进行染色。 （a – d）使用2×15 mm HBC凝胶框架进行形状控制的3D心脏组织。 （e-h）不受控制的3D心脏组织。 （a，e）F-肌动蛋白，cTnT和DAPI的合并图像。 （b，f）F-肌动蛋白和cTnT的合并图像。 （c，g）cTnT图像。 （d，h）F-肌动蛋白图像。 （i，j）通过图像分析在CLSM图像下方显示了形状受控的3D心脏组织中F-肌动蛋白纤维的局部排列角图。

接下来，研究人员为他们的3D打印心脏组织创建了一个血管网络，添加了在1.5×15 mm矩形HBC凝胶框架（5％）中与hiMVC、hMVEC共培养的NHPSC-CMs和NHCF涂层的FN-G纳米膜。 利用1.5 mm短边矩形HBC凝胶框架，研究人员能够控制3D心脏组织。

形状控制的3D心脏组织，具有从LSCM获得的血管网络图像染色的抗心肌肌钙蛋白T（cTnT）抗体和抗CD31抗体。 （a-c）使用1.5×15 mm HBC凝胶框架进行形状控制的3D心脏组织。 （d，e，f）不受控制的3D心脏组织。 （a，d）cTnT（绿色）和CD31（红色）的合并图像。 （b，e）cTnT图像。 （c，f）CD31图像。 （g，h）通过图像分析在CLSM图像下方显示了形状受控制的3D心脏组织中血管网络（CD31）的局部对准角图。 （g）取向控制的组织图。 （h）不受控制的组织图。

从CD31染色图像的结果来看，两个组织都形成了血管网络。作者总结说，就取向控制的组织而言，根据图像分析，血管网络的取向结构类似于心肌细胞。 “另一方面，在不受控制的组织中，血管网络不具有定向结构。”

“这种3D心脏组织具有用于移植医疗和药物评估的潜力，因为它具有天然的心脏器官样结构和血管网络，可用于制造更厚和更大的3D组织。因此，我们相信具有方向和血管网络的3D心脏组织将是再生医学和制药应用的有用工具。”

编译自：3dprint