噴墨打印用于病理和藥理研究的肺泡模型

供稿人:焦天，連芩 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

近些年呼吸系統(tǒng)疾病頻發(fā)，尤其是2020年初爆發(fā)的新型冠狀病毒肺炎肆虐全球，造成大量的死亡，現(xiàn)在仍然影響著老百姓正常的生產(chǎn)和生活。為了便于研究呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)理和相應(yīng)藥物的治療效果，目前迫切需要制造生理上與人體呼吸系統(tǒng)組織類似的病理和藥理研究模型。最近浦項科技大學(xué)Dayoon Kang等人在呼吸系統(tǒng)模型的研究上有了突破性進(jìn)展，該團(tuán)隊通過噴墨生物打印的方法制造了在結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能上與人體肺泡類似的三層結(jié)構(gòu)肺泡模型。這一研究結(jié)果發(fā)表在《Advanced Science》雜志上。

肺泡模型的打印過程如圖1a所示。首先將人肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞（HULEC-5a，6×106個細(xì)胞/ml）打印在transwell培養(yǎng)小室中作為肺泡的內(nèi)皮層，使用含100KIU抑肽酶的MCDB131培養(yǎng)液培養(yǎng)24小時；之后在內(nèi)皮層上打印包含肺成纖維細(xì)胞（MRC5，3×106個細(xì)胞/ml）的去端肽膠原（0.3%w/v）墨水作為肺泡的基底膜，打印過程中墨盒和噴嘴的溫度保持在4℃，避免膠原成膠堵塞噴孔。打印后基底膜后在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24小時，同時膠原在37℃完成固化；接下來在基底膜上面打印了I性肺泡細(xì)胞（NCI-H1703，6×106個細(xì)胞/ml）和Ⅱ型肺泡細(xì)胞（NCI-H441，6×106個細(xì)胞/ml）混合墨水作為肺泡的上皮層，之后氣液培養(yǎng)14天。

圖1 （a）噴墨打印肺泡模型示意圖和（b）打印后的組織形態(tài)

該團(tuán)隊評價了打印后細(xì)胞的存活率和最終制造的肺泡模型的屏障功能、組織結(jié)構(gòu)和流感病毒的反應(yīng)能力。結(jié)果表明，四種細(xì)胞在打印后均表現(xiàn)出90%以上的存活率。肺泡模型在培養(yǎng)14天之后形成了與人肺泡相似的組織結(jié)構(gòu)、屏障功能。研究的肺泡模型表現(xiàn)出對流感病毒的組織級別反應(yīng)。 該研究證明了噴墨打印技術(shù)具備制造薄層組織模型的能力。3D打印的肺泡模型具備與人體類似的生理功能，有望用于呼吸系統(tǒng)疾病的病理研究和藥物測試。

參考文獻(xiàn)：
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）