供稿人：李紅艷、連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2024-01-22
毛囊在傷口愈合中起著至關(guān)重要的作用，它提供了遷移到受損區(qū)域并分化成特定表皮細(xì)胞的細(xì)胞，無(wú)論是在滲透研究中，還是在作為移植物的再生醫(yī)學(xué)中，皮膚組織模型中加入毛囊結(jié)構(gòu)都是很有必要的。
美國(guó)洛伊倫斯勒理工學(xué)院的Carolina Motter Catarino及其團(tuán)隊(duì)展示了如何使用3D生物打印技術(shù)在工程化皮膚組織中成功加入毛囊。該研究的核心在于使用3D生物打印技術(shù)精確地定位真皮乳頭細(xì)胞(DPCs)和人臍靜脈細(xì)胞(HUVECs)形成的球體。
該研究使用兩步法制備了四種型號(hào)的細(xì)胞球體，1型(僅含DPCs)、2型[DPCs、HEKs、HEMs(比例分別為10:20:2)]和3型[DPCs、HEKs(角質(zhì)形成細(xì)胞)、HEMs（黑色素細(xì)胞）、HUVECs(比例分別為10:20:2:1)]，4型（僅使用DPCs和HUVECs），這四種類(lèi)型都在第一步制作DPCs球體然后加入其它細(xì)胞，5型與3型細(xì)胞球體細(xì)胞數(shù)量與種類(lèi)一致，但四種細(xì)胞同時(shí)加入，用來(lái)證明兩步法在細(xì)胞球體聚集形成毛囊相關(guān)表達(dá)時(shí)的優(yōu)越性。培養(yǎng)七天后，觀察到到球形3、4型細(xì)胞可重復(fù)形成圓形、對(duì)稱(chēng)的球形聚集體，類(lèi)似于完整的人類(lèi)真皮乳頭，并且在3型細(xì)胞球中檢測(cè)出表皮基底層和上基底層的標(biāo)記物的細(xì)胞角蛋白CK14和CK10，在3型球體和4型球體中檢測(cè)到Ⅳ型膠原。
使用類(lèi)似3型和5型細(xì)胞球體組成的生物墨水進(jìn)行打?。▓D1A）。這些球體被打印在含有成纖維細(xì)胞的預(yù)凝膠真皮層內(nèi)。這種方法不僅確保了細(xì)胞在3D結(jié)構(gòu)中的精確定位，而且還模擬了毛囊在真皮中的自然分布。這些3D打印的皮膚組織在成熟后，成功地發(fā)展出了類(lèi)似毛囊的結(jié)構(gòu)（圖1B）。角質(zhì)形成細(xì)胞和黑色素細(xì)胞在毛囊的形成和功能中起到關(guān)鍵作用。更為重要的是，這些模型中的毛囊結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行正常的毛發(fā)生長(zhǎng)和更新，顯示出其在功能上的相似性。
這項(xiàng)研究為器官研究領(lǐng)域帶來(lái)了新的希望。3D生物打印技術(shù)的這一應(yīng)用不僅為皮膚組織工程提供了新的可能性，而且為其他組織和器官的3D生物打印提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和啟示。
圖1 (A)打印毛囊結(jié)構(gòu)的策略示意圖 (B)皮膚模型活體圖像