悉尼大学利用3D打印构建血管模型(2)
时间:2024-09-24 09:09 来源:EngineeringForLife 作者:admin 点击:次
通过使用细胞-明胶混合物和逐层喷墨打印方法，研究者们成功构建了具有特定尺寸和功能的血管通道。这些通道不仅在微观尺度上模拟了真实血管的形态，而且在内表面形成了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的单层，展现了对血浆蛋白和右旋糖酐分子的屏障功能。此外，通过电液滴喷射（EHD）喷墨生物打印技术，实现了微血管结构的高分辨率制造，这些结构的尺寸可低至30微米。在这一过程中，使用了Pluronic F127作为牺牲模板，以及含有人真皮成纤维细胞（HDFs）的GelMA作为永久基质，通过去除牺牲模板实现了内皮化，形成了具有功能性的内皮层。 
图5 基于挤出式的生物打印用于制造血管结构
使用挤出式生物打印技术制造血管结构，其中包括利用自由形态可逆嵌入水凝胶（FRESH）技术在心脏模型中构建多尺度血管网络，以及通过调整打印速度使用SWIFT方法制造不同直径的管状结构。研究者们还通过共轴挤出技术，将人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和人动脉平滑肌细胞（HASMCs）分别包裹在不同的生物墨水中，然后通过共轴喷嘴挤出，形成了具有模拟体内细胞排列的双层空心纤维。此外，还有研究利用海藻酸盐作为外层材料，核心细胞悬浮液作为内层，通过平滑肌细胞的定向自组装形成具有双层结构的血管模型。 
图6 基于光刻技术的生物打印用于制造血管结构
光固化生物打印技术能够制造出具有高精度和高分辨率的组织结构，特别适合于对细胞友好的生物打印应用。图中展示了使用数字光处理（DLP）生物打印技术制造的血管模型，这些模型具有内部微通道，深度和分辨率分别达到1.7毫米和200-350微米。此外，为了克服传统成像设备浅成像深度的限制，研究中采用了光声显微镜（PAM）进行深度可视化，能够观察到3.6毫米深的血管结构。尽管这些3D打印结构通常较为脆弱，但通过在生物墨水中加入增强材料，如电纺纤维或3D打印支架，可以显著提高其机械强度和弹性。 
图7 在生物打印技术和血管化组织修复与再生方面取得的进展
相关进展包括使用合成聚合物基生物墨水制造纳米复合水凝胶和双重网络（DN）水凝胶，以提高血管导管的机械强度和韧性。图中描述了一种可拉伸的DN水凝胶生物墨水系统，该系统用于生物打印小直径的静脉导管，这些导管在结构和生物学功能上都模拟了天然血管的特点。这种水凝胶展现出了优越的强度和延展性，其拉伸强度、杨氏模量、拉伸应变以及爆裂压力均优于小鼠静脉，显示出与天然血管相似的关键特性。此外，图中还展示了通过体积生物打印与熔融电写技术结合制造的具有优异机械性能的血管导管。这些导管不仅在结构上模仿了天然血管的多层结构，还能够承受高压力和弯曲，为生物打印血管模型的临床应用提供了新的可能性。 2.全文总结 本文综述了生物打印技术在血栓研究中的应用，强调其在模拟人类血管系统和血液动力学条件方面的优势。文章指出，心血管疾病是全球主要死因之一，血栓形成作为其主要原因，其机制复杂，现有研究方法存在局限。生物打印提供了一种新途径，能够构建具有生物相容性的血管模型，有助于深入研究血栓形成机制。 文章来源： https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.08.040 (责任编辑：admin) |