《Science Advances》:高细胞密度和高分辨率3D生物打印，高效制备血管组织

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分类：行业动态
发布时间：2023-02-28 16:20
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2023年2月22日，美国加州大学研究人员在《Science Advances》期刊上发表题为High cell density and high-resolution 3D bioprinting for fabricating vascularized tissues 的研究论文，开发了一种新的方法来减轻光散射引起的生物打印分辨率的降低——在生物墨水中加入碘伏醇可使光散射减少10倍，并大幅提高生物墨水的HCD制造分辨率。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade7923

研究简介

三维(3D)生物打印技术已成为制造三维工程组织最流行的方法。然而，现有技术很难同时满足高细胞密度(HCD)、高细胞活力和精细制造分辨率的要求。特别是，由于光散射，基于数字光处理的3D生物打印的生物打印分辨率受到生物墨水细胞密度增加的影响。本研究开发了一种新的方法来减轻这种散射引起的生物打印分辨率的降低——在生物墨水中加入碘伏醇可使光散射减少10倍，并大幅提高生物墨水的HCD制造分辨率。生物墨水的制造分辨率达到了50微米，细胞密度为每毫升0.1亿。为了展示其在生物组织/器官3D打印中的潜在应用，制备了具有精细血管网络的HCD厚组织。组织在灌注培养系统中存活，培养14天后观察到内皮化和血管生成。

研究内容解读

基于dlp的3D生物打印由于其高分辨率、高细胞活力和快速的速度而成为一种有前途的生物制造技术。本研究提出了一种独特的方法来解决基于dlp的3D生物打印的密度-活力-分辨率三难困境。通过将碘伏醇(IDX)补充到生物墨水中，可以精确地调整其折射率，以匹配被包裹的细胞的细胞质。现有研究表明，在基于光的体积3D生物打印方法中，使用IDX可以有效地减少细胞负载生物墨水的散射，大幅提高制造质量。然而，由于体积法中光的传播范围是整个构建体，因此体积法的制造分辨率本质上受到光散射的严重影响。相比之下，DLP方法中光的传播范围仅为一层厚度。因此，它受光散射的影响较小。因此，通过DLP 3D生物打印技术更容易实现高细胞密度、高分辨率3D生物打印。

由于细胞和周围生物材料之间的折射率不匹配而引起的散射可以通过折射率调节来最小化。生物墨水的光学特性的测量和光传播的模拟证实，IDX可以有效地调节生物墨水的折射率，从而大幅减少由包封细胞引起的光散射(约10倍)。本研究展示了HCD 3D生物打印(0.1亿个细胞/ml)，制作分辨率为50 μm。免疫荧光图像和RNA测序(RNA-seq)也证实，健康和功能的3d工程组织可以使用这种方法制造。在生物墨水中加入IDX时，未观察到细胞活力、增殖或表型在统计学上有显著变化。本研究还证明了可以制备厚的预血管化组织，总尺寸为17mmx11mmx3.6 mm，血管直径为250 ~ 600μm，细胞密度为4000万细胞/ml。灌注培养14天后，观察到这些组织的内皮化和血管生成。