韓國(guó)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(guó)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(wèn)題的方法,其中最常見(jiàn)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(wèn)題,這些問(wèn)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(guò)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(guò)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(wú)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?!芭c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。”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(guò)一年的長(zhǎng)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(kāi)始:第一層是多孔PCL層;第二層是上皮細(xì)胞層;第三層是無(wú)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(shuō)。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(méi)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(zhǎng)。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(méi)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(lái)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(méi)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(shuō)明我們的3D打印人工移植物含有自體細(xì)胞足夠長(zhǎng)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(lái)治療氣管疾病。”
在過(guò)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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