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韓國研究人員用上皮細(xì)胞和軟骨細(xì)胞3D打印氣管

Date：2019-03-04 08:26:47

韓國研究人員一直在進(jìn)行氣管植入物生物打印的研究，最近，韓國的研究人員在一篇題為《氣管與自體上皮細(xì)胞和軟骨細(xì)胞》的論文中公布了研究成果?？茖W(xué)家團(tuán)隊(duì)詳細(xì)介紹了他們使用聚己內(nèi)酯和水凝膠與鼻上皮細(xì)胞和耳廓軟骨細(xì)胞的混合物打印人造氣管的辦法。在用這些材料和組織生物打印人工氣管后，他們將它們移植到15只兔子身體里，其中6只為對(duì)照組。目標(biāo)是找到克服腫瘤引起的氣管問題的方法，其中最常見的是腺樣囊性癌和鱗狀細(xì)胞癌。以前，在創(chuàng)造可行的、正確的、能夠產(chǎn)生一種新的上皮細(xì)胞方面，存在著很大的挑戰(zhàn)。隨著感染的發(fā)生，已經(jīng)出現(xiàn)了一些問題，這些問題變成了疾病，遷移了，或者遇到了障礙。

系統(tǒng)組件和生物打印過程。（A）3D生物支架繪圖系統(tǒng)的示意圖。（B）使用生物繪圖系統(tǒng)的人造氣管的詳細(xì)制造過程。第一層是多孔PCL層;第二層為細(xì)胞負(fù)載的海藻酸鹽;第三層為無孔PCL層;第四層為細(xì)胞負(fù)載的藻酸鹽;第五，管型模塊上的多孔PCL打印。

“最活躍研究的人造氣管制造方法是組織工程，可生物降解的合成聚合物用于制造管狀支架，”科學(xué)家們表示。“與異物，同種異體移植物和自體移植物相比，使用組織工程制造的支架往往具有平滑的血管形成和較少的阻塞。目前，正在進(jìn)行各種研究，包括再生氣管上皮的研究?！?/span>與氣管軟骨相似的材料包括聚己內(nèi)酯（PCL），聚乙醇酸（PGA），聚乳酸（PLA）和聚（乳酸 - 共 - 乙醇酸）（PLGA）。這些都已用于3D打印和正在進(jìn)行的研究中。在這項(xiàng)研究中，研究人員將3D打印的氣管盡可能接近人體氣管結(jié)構(gòu)，并在12個(gè)月內(nèi)對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。
“這項(xiàng)研究是第一個(gè)使用3D打印的人工氣管與自體上皮細(xì)胞和軟骨細(xì)胞治療氣管病變的研究，很少有研究檢查人工組織超過一年的長期影響，”研究人員表示?！霸跉夤芙Y(jié)構(gòu)中起重要作用的呼吸道上皮和軟骨軟骨細(xì)胞被培養(yǎng)以產(chǎn)生用于生物打印的水凝膠，使用具有可生物降解聚合物的3D打印生產(chǎn)人造氣管。此外，我們還在一個(gè)著名的氣管支架部分切除模型中植入人工氣管，并進(jìn)行呼吸評(píng)分，X射線，計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT），內(nèi)窺鏡檢查和組織學(xué)檢查。

3D打印海藻酸鹽水凝膠和人工氣管。（A）藻酸鹽水凝膠在300um噴嘴處擠出。（B）3D藻酸鹽立方體型（16×16×2mm 3）的光學(xué)圖像。較高濃度的藻酸鹽水凝膠提供更精確和多孔的立方體類型。（C）使用3D生物打印機(jī)制造的人造氣管的總圖像。（D）掃描電子顯微鏡圖像。從底部開始：第一層是多孔PCL層;第二層是上皮細(xì)胞層;第三層是無孔PCL層;第四層是軟骨細(xì)胞層;第五層清楚地看到多孔PCL層。（E-G）使用綠色染料作為上皮細(xì)胞（E）和紅色染料作為軟骨細(xì)胞（F）的熒光顯微圖像;合并后的圖像（G）顯示2個(gè)水凝膠層完全分離。
重點(diǎn)是創(chuàng)造上皮和軟骨再生，內(nèi)層有鼻細(xì)胞，外層有耳廓軟骨細(xì)胞。然而，研究人員表示，在植入物中使用兩種不同類型的細(xì)胞具有挑戰(zhàn)性。“鼻上皮細(xì)胞培養(yǎng)在不損傷兔鼻上皮細(xì)胞的情況下，用于移植上皮細(xì)胞，所有實(shí)驗(yàn)組均成功形成上皮細(xì)胞。我們相信，這是上皮細(xì)胞移植到移植中的效果，并且與早期存活率有直接的關(guān)系?！毖芯咳藛T說。對(duì)于這些類型的生物打印移植，軟骨是至關(guān)重要的。3個(gè)月組沒有發(fā)現(xiàn)軟骨形成，6個(gè)月和12個(gè)月時(shí)有一些增長。研究人員表示，“其他使用兔耳軟骨細(xì)胞進(jìn)行氣管移植的研究也發(fā)現(xiàn)了6個(gè)月時(shí)類似于天然氣管的軟骨島，但它并沒有產(chǎn)生完整的c形?！?/span>
他們結(jié)束了研究，意識(shí)到應(yīng)該研究更多的方法來尋找減少軟骨再生所需時(shí)間的方法。最后，研究小組最后指出：
“在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，使用3D生物打印技術(shù)構(gòu)建了人工氣管，并成功移植了兩種不同類型的自體分離細(xì)胞，上皮細(xì)胞和軟骨細(xì)胞。人工氣管成功植入部分切除的氣管，導(dǎo)致上皮形成和軟骨胰島的形成。這導(dǎo)致15只動(dòng)物中的13只存活至12個(gè)月，在實(shí)驗(yàn)組中沒有特定的呼吸信號(hào)，而對(duì)照組僅顯示6只動(dòng)物中的4只存活。我們的研究可以說明我們的3D打印人工移植物含有自體細(xì)胞足夠長時(shí)間穩(wěn)定一年左右，可以提供一個(gè)平臺(tái)，可以應(yīng)用幾種不同類型的細(xì)胞或合適的生物材料來治療氣管疾病?！?/span>
在過去的五年里，氣管一直成為生物打印的對(duì)象，3D打印改善了患有氣管疾病患者的生活。

上皮再生的組織病理學(xué)圖像。與正常氣管上皮（A）相比，對(duì)照組（動(dòng)物編號(hào)5）未顯示上皮再生（B）。然而，實(shí)驗(yàn)組在3個(gè)月時(shí)顯示上皮再生，并且1只動(dòng)物顯示不完整的上皮再生伴有鱗狀化生（C，動(dòng)物編號(hào)8）。 6（D，動(dòng)物編號(hào)14）和12個(gè)月（E，動(dòng)物編號(hào)21）的動(dòng)物顯示完全的上皮細(xì)胞再生。（F）實(shí)驗(yàn)組（動(dòng)物編號(hào)9）中3個(gè)月的完整橫截面圖像也顯示完全的上皮再生。（Masson的毛狀體染色，子面板A-E中的條表示50μm，子面板F中的條表示1mm）上皮再生用（D，E）中的綠色和黃色框指向。

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