喬治亞理工學院提出體外氣管支架的生物3D打印

供稿人：白路歌 王玲 供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室


目前，基于擠壓的生物3D打印技術(shù)取得了顯著進展，可使用多個打印頭逐層創(chuàng)建包含多種組分的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。 但在每層打印時都需要切換多種打印頭，這會顯著增加總打印時間，對細胞活力和功能產(chǎn)生不利影響，因此，使用3D打印技術(shù)創(chuàng)建臨床尺寸的組織結(jié)構(gòu)仍然是一個挑戰(zhàn)。

來自喬治亞理工學院的Hollister, Scott J.等針對氣管支架提出了一種生物3D打印策略，能夠顯著縮短總打印時間。 這種氣管支架由多孔波紋管框架、框架內(nèi)腔表面的上皮襯里、框架外凹槽上的軟骨環(huán)和框架最外側(cè)的正弦圖案網(wǎng)絡組成。

首先打印聚己內(nèi)酯（PCL）多孔波紋管框架。沿圓形路徑間歇性擠壓打印（圖1C），打印出壁厚250um、均勻分布有直徑300um孔隙的管壁，隨后進行熱培養(yǎng)和氧等離子體處理（圖1D）以增強框架的韌性和親水性，從而提高之后印刷在其上的生物墨水的穩(wěn)定性。然后，將框架放置在旋轉(zhuǎn)臺的中心，并以4 rpm的恒定角速度旋轉(zhuǎn)，通過彎針將含有細胞的生物墨水在徑向方向上擠出，在框架旋轉(zhuǎn)時分別印刷在外槽和內(nèi)表面上（圖1E，圖2A）。最后，使用旋轉(zhuǎn)桿組合3D打印系統(tǒng)，控制打印頭的打印路徑和旋轉(zhuǎn)桿的旋轉(zhuǎn)速度，創(chuàng)建正弦圖案的管狀網(wǎng)格（圖1F）。

圖1 氣管支架的生物3D打印示意圖

圖2 氣管支架外槽和內(nèi)壁的旋轉(zhuǎn)打印

使用此方式打印氣管支架顯著縮短了總打印時間，在15分鐘內(nèi)即可完成，而若使用4個打印頭分層創(chuàng)建相同結(jié)構(gòu)，預估時間超過22小時。 與典型的多噴頭分層打印相比，此方法不僅可以減少打印時間，顯著提高細胞活力，而且可以在兩個打印過程之間實施附加處理。 此外，在臨床中可提前打印不同尺寸的波紋管框架，而后根據(jù)解剖信息快速制備氣管支架提供給患者。
參考文獻：

    Park JH、Ahn M、Park SH 等人。 臨床相關(guān)大小的氣管模擬細胞結(jié)構(gòu)的 3D 生物打印[J]. 生物材料, 2021, 279: 121246.