清华大学张婷副研究员团队：用于多层血管管道的明胶甲基丙烯酰-海藻酸盐双网络水凝胶的同轴嵌入式打印 | AMF论文推荐

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引用论文

Min Ye, Bingchuan Lu, Xinyun Zhang, Binhan Li, Zhuo Xiong, Ting Zhang. Coaxial Embedded Printing of Gelatin Methacryloyl–alginate Double Network Hydrogel for Multilayer Vascular Tubes. Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers, Volume 1, Issue 2, 2022.https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2022.100024.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772665722000149(戳链接，下载全文)

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研究背景及目的

解剖学的生物血管壁是由内膜、中膜和外膜构成。内膜层主要由内皮细胞构成光滑的内皮壁。中膜层主要由弹性基膜和平滑肌细胞组成，主要提供血管弹性。外膜层主要由疏松结缔组织及成纤维细胞组成。血管壁的多层结构是血管损伤修复、出芽再生等的功能的结构基础。本研究的目的是通过挤出式同轴打印技术构建仿血管多层血管管道，期望未来用于临床研究。

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论文亮点

1、基于同轴3D打印技术制造出多层类血管组织；

2、优化了工艺参数，使其具有良好的力学性能、打印性能和生物相容性。

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试验方法

本研究试验方法，首先打印出带有细胞的水凝胶，通过比较不同组分的水凝胶的力学强度、水解程度、细胞活性，优化出最佳的水凝胶组分。然后优化3D打印挤出速度，保证打印出的管道直径合适并减少对细胞的伤害。将同轴喷头插入预凝胶的水凝胶中同时打印成肌细胞层和内皮细胞层后交联，形成仿血管多层管道。
图3 多层血管管道的制备

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结果

本研究优化了打印材料，通过牺牲法构建带有中空管道的多层结构。本研究检测了中层细胞和内层细胞的细胞活性，表明所构建的多层血管管道具有较高的生物活性。

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结论

本研究的水凝胶材料最外层材料选择5% GelMA，中层材料选择5% GelMA和1%海藻酸钠以增强中层力学强度，内层选择明胶材料，通过牺牲法构建带有中空管道的多层结构。然后本研究打印中层带有成肌细胞，内层带有内皮细胞的多层血管管道以模拟血管壁的解剖结构。本研究检测了中层细胞和内层细胞的细胞活性，通过平滑肌特异蛋白SMA和内皮特异蛋白CD31进行染色标记表明所构建的多层血管管道具有较高的生物活性。

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前景与应用

本研究的结果模拟了血管生理状态的三层血管壁结构，且具有可灌流的特性。本研究结果具有临床研究价值，用于研究血管内细胞迁移、穿透血管壁，或血管再生等相关生理及病理过程。

团队带头人介绍

张婷，博士，副研究员，博士生导师，是生物制造与快速成形北京市重点实验室、生物三维打印北京市国际科技合作基地以及“生物制造及体外生命系统工程”交叉学科创新引智基地（111基地）骨干成员。主持或参与国家级、省部级课题十余项，在AFM，Biofabircation等国际期刊发表学术论文和领域内核心会议论文40余篇，授权专利17项（含1项国际专利）。

团队研究方向

围绕复杂生命组织/器官及生物器件构建中的关键科学和技术问题，研究生物制造及生物微环境构建的基本理论，开发多细胞异质复杂结构类组织体外构建及功能重建的关键核心技术，并用于体内病损组织修复、体外病理/药理/生理学模型、环境与药毒性检测、细胞机器人、生命系统工程等领域的应用基础研究。

近年团队发表文章

[1] Fang Y.C., Guo Y.H., Ji M.K., et al., 3D Printing of Cell-Laden Microgel-Based Biphasic Bioink with Heterogeneous Microenvironment for Biomedical Applications. Advanced Functional Materials, 2022; 32(13) https://doi.org/10.1002/adfm.202109810.

[2] Fang Y.C., Ouyang L.L., Zhang T., et al., Optimizing Bifurcated Channels within an Anisotropic Scaffold for Engineering Vascularized Oriented Tissues. Advanced Healthcare Materials, 2020; 9(24) https://doi.org/10.1002/adhm.202000782.

[3] Song Y., Su X.L., Firouzian K.F., et al., Engineering of brain-like tissue constructs via 3D Cell-printing technology. Biofabrication, 2020; 12(3) https://doi.org/10.1088/1758-5090/ab7d76. 

[4] Fang Y.C., Zhang T., Zhang L., et al., Biomimetic design and fabrication of scaffolds integrating oriented micro-pores with branched channel networks for myocardial tissue engineering. Biofabrication, 2019; 11(3) https://doi.org/10.1088/1758-5090/ab0fd3.

更多详细内容请点击文后阅读原文获取。

编辑：谢雅洁    校对：向映姣

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