喷墨打印用于病理和药理研究的肺泡模型

3D打印科研前沿
2021
11/24
11:52
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供稿人:焦天,连芩 供稿单位:机械制造系统工程国家重点实验室

近些年呼吸系统疾病频发,尤其是2020年初爆发的新型冠状病毒肺炎肆虐全球,造成大量的死亡,现在仍然影响着老百姓正常的生产和生活。为了便于研究呼吸系统疾病的发病机理和相应药物的治疗效果,目前迫切需要制造生理上与人体呼吸系统组织类似的病理和药理研究模型。最近浦项科技大学Dayoon Kang等人在呼吸系统模型的研究上有了突破性进展,该团队通过喷墨生物打印的方法制造了在结构、形态和功能上与人体肺泡类似的三层结构肺泡模型。这一研究结果发表在《Advanced Science》杂志上。

肺泡模型的打印过程如图1a所示。首先将人肺微血管内皮细胞(HULEC-5a,6×106个细胞/ml)打印在transwell培养小室中作为肺泡的内皮层,使用含100KIU抑肽酶的MCDB131培养液培养24小时;之后在内皮层上打印包含肺成纤维细胞(MRC5,3×106个细胞/ml)的去端肽胶原(0.3%w/v)墨水作为肺泡的基底膜,打印过程中墨盒和喷嘴的温度保持在4℃,避免胶原成胶堵塞喷孔。打印后基底膜后在培养箱中培养24小时,同时胶原在37℃完成固化;接下来在基底膜上面打印了I性肺泡细胞(NCI-H1703,6×106个细胞/ml)和Ⅱ型肺泡细胞(NCI-H441,6×106个细胞/ml)混合墨水作为肺泡的上皮层,之后气液培养14天。

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图1 (a)喷墨打印肺泡模型示意图和(b)打印后的组织形态
该团队评价了打印后细胞的存活率和最终制造的肺泡模型的屏障功能、组织结构和流感病毒的反应能力。结果表明,四种细胞在打印后均表现出90%以上的存活率。肺泡模型在培养14天之后形成了与人肺泡相似的组织结构、屏障功能。研究的肺泡模型表现出对流感病毒的组织级别反应。 该研究证明了喷墨打印技术具备制造薄层组织模型的能力。3D打印的肺泡模型具备与人体类似的生理功能,有望用于呼吸系统疾病的病理研究和药物测试。

参考文献:
Kang D, Park J A, Kim W, et al. All-Inkjet-Printed 3D Alveolar Barrier Model with Physiologically Relevant Microarchitecture. Advanced Science. 2020; 8(10): 2004990.(DOI:10.1002/advs.202004990)


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