Matter评述| 生物3D打印会呼吸的组织工程结构

摘要：组织工程(TE)的一个经典但仍然是热门的话题是建立有效的血管化网络，证明氧和营养的精细、控制和长期分布。将三维(3D)制造技术与特定活微生物（即光合物种）相结合，由Maharjan等人提出了复杂的3D打印组织工程结构，能够为哺乳动物组织提供持续和按需的氧气供应。

在体内，组织存活取决于离最近的毛细血管100-200毫米的距离，因此植入的生物材料必须依靠血管网络来提供氧气和营养。在组织工程界，血管化是一个古老但仍然是热门的话题。最近，为了克服生物工程系统血管化不良的相关障碍， 能够大量释放氧气的材料已提出。这种释氧材料通常由固体过氧化物(例如，固体钙和镁过氧化物，过氧化氢，过碳酸钠和氟化合物）。然而，带来了氧的相关爆裂释放引起细胞毒性问题，以及短期的供应曲线。为了克服这些限制，已经提出依靠哺乳动物细胞与非常规生物（如光合物种）的共培养来连续和按需提供氧气。针对伤口愈合、癌症治疗、心血管相关疾病和细胞移植，提出了不同的应用方案。在这一问题上，Maharjan等人将生物光合藻类(C.reinhardtii)与哺乳动物细胞(HepG2)嵌入到GelMA中，形成模拟人肝的蜂窝状结构，从而开发这种活氧供应体。特殊的藻类能够在特定的光照条件下释放氧气，从而促进细胞增殖和肝脏特异性蛋白的产生（原文介绍请点击此链接）。值得注意的是，作者还能够利用纤维素基生物墨水的酶降解来生产微通道。然后，通过将空心微通道与内皮细胞(C2C12)重新填充，形成血管网络。这些发现进一步打开了依靠使用藻类等非常规生物成分的下一代血管化策略的前景。这些微生物的细胞器也可以被探索，如叶绿体，因为它们在氧气的连续和无限释放中表现出相似的潜力。我们认为，这些策略可能有助于显著改善组织工程结构的体内生物性能，或作为光反应的药物传递系统。了解将与生物材料结合使用的生物或细胞器、其产氧途径，以及建立适合藻类和哺乳动物细胞生存的共培养条件的适当平衡，是设计这些战略时应考虑的关键先决条件。为了开发一个功能齐全的基于生物的氧气释放系统，藻类和哺乳动物细胞必须相互接受所有周围因素， 如微藻种类、培养基、温度范围和光强，这些因素具有不同的最佳条件。我们确实认为，基于光合微生物的战略可以作为人类细胞的可持续、生态友好、成本效益高的氧气来源加以利用，从而为组织工程领域带来相当大的优势。当然，将这些系统转化为临床将受到今后应予处理的重要监管限制的阻碍。

新的血管和供养策略

参考文献

Correia C R , Mano J F . 3D-Bioprinted Constructs that Breathe[J]. Matter, 2021, 4(1):15-17.

10.1016/j.matt.2020.12.019

文章来源：微信公众号  上普生物