供稿人：仝帥康、高琳 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室 發(fā)布日期：2024-03-04
新興的組織工程將種子細(xì)胞與生物相容性支架相結(jié)合，是構(gòu)建具有天然結(jié)構(gòu)工程仿生氣管的一種很有前景的策略。天然氣管具有交替的C-C形軟骨環(huán)和連接的血管化-纖維組織（VF）環(huán)以及腔內(nèi)上皮層的復(fù)雜且異質(zhì)的結(jié)構(gòu)。然而，目前打印仿生軟骨血管化纖維組織整合氣管上多為O形，缺乏C環(huán)的C型結(jié)構(gòu)和VF環(huán)的互連，會影響氣管的機(jī)械性能以及血液和營養(yǎng)物質(zhì)的有效運(yùn)輸。除了仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計外，目前工程仿生氣管原位修復(fù)氣管節(jié)段性缺損一般采用通過肌內(nèi)預(yù)植入的多步驟外科手術(shù)，操作復(fù)雜且耗時，氣管修復(fù)效率較低。
為了解決以上問題，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院利用一種生物3d打印的C形仿生氣管通過直接端到端吻合進(jìn)行原位氣管重建的新策略。采用混合光交聯(lián)策略，將可打印的明膠甲基丙烯酰（GelMA）與硫酸軟骨素甲基丙烯酰(CSMA)結(jié)合為軟骨特異性基質(zhì)凝膠，將彈性蛋白甲基丙烯酰(ElaMA)作為纖維組織特異性基質(zhì)凝膠，分別提供有利于軟骨和纖維組織特定生長方式的力學(xué)和生物微環(huán)境。通過簡化打印路徑和3D模型，可以快速3D打印出C-C和VF環(huán)交替的管狀結(jié)構(gòu)，從而精確模擬天然氣管的生理結(jié)構(gòu)和功能。
圖1 生物打印C形軟骨血管化纖維組織集成氣管的示意圖
圖2 通過直接端到端吻合術(shù)在兔體內(nèi)進(jìn)行即時氣管修復(fù)
綜上所述，研究人員開發(fā)了一種使用3D生物打印的C形仿生氣管，成功實(shí)現(xiàn)了皮下植入的體內(nèi)氣管再生和直接端到端吻合的原位節(jié)段氣管重建，其滿足結(jié)構(gòu)一體化、機(jī)械適應(yīng)性和生理功能的要求。通過體內(nèi)實(shí)驗與組織學(xué)觀察表明，C形結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效地重建整個管狀結(jié)構(gòu)的完整血管網(wǎng)絡(luò)，為軟骨再生提供豐富的血液和營養(yǎng)。本研究展示了利用3d生物打印技術(shù)在快速修復(fù)氣管節(jié)段性缺損的可行性，從而為節(jié)段性氣管缺陷提供有希望的替代治療。