組織工程學具有巨大的潛力，可以克服器官移植不足和藥物篩選問題，并研究與生物學功能有關的分子現象，例如組織形態發生，傷口愈合和炎癥反應。最近，生物打印已經成為制造復雜3D組織的先進方法之一。盡管3D生物打印具有巨大的潛力，但是當前的生物墨水和打印方法仍然存在一些缺點，這些缺點限制了打印彈性和高度血管化組織的能力。特別是由于缺乏合適的具有高可打印性、生物相容性、仿生性和適當機械性能的生物油墨。因此，完全基于3D生物打印的復雜仿生結構的制造仍然具有很大挑戰性。

為了解決這些缺點，來自美國加利福尼亞大學的Sohyung Lee等人在《Advanced Materials》上發表題為“基于重組人彈性蛋白的生物墨水用于血管化軟組織的3D生物打印技術”的文章。在這項工作中證明了使用重組人原彈性蛋白作為具有高度生物相容性和彈性生物墨水去制造復雜的軟組織的3D打印技術的可行性。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adma.202003915

作為該概念的證明，本文對血管化的心臟構建體進行生物打印，并在體外和體內評估其功能。打印的結構體顯示出內皮細胞屏障功能和心肌細胞的自發搏動，這是體內心臟組織的重要功能。此外，打印的結構體引起的炎癥反應很小，并且將其皮下植入大鼠中時體內可有效地生物降解。綜上所述，這些結果證明了彈性生物墨水在打印3D功能性心臟組織中的潛力，而該3D功能性心臟組織最終可用于心臟組織的替換。

圖1.GelMA / MeTro復合水凝膠的合成和力學表征示意圖

圖2.優化3D打印參數示意圖

圖3.使用MeTro / GelMA生物墨水對充滿細胞的彈性結構進行3D生物打印的過程

圖4.3D打印血管化心臟構建體的體外功能和體內生物相容性評估示意圖

在這項工作中，首次展示了重組人原彈性蛋白與明膠結合作為3D生物打印的彈性生物墨水的用途。兩種生物聚合物的協同締合可以實現具有高細胞活力的高分辨率打印。作為制造完全3D打印的人工組織的概念的證明，對血管化的心臟組織構建體進行3D打印并在體內和體外進行表征。打印的構建體表現出內皮屏障功能和心臟細胞的自發搏動，這是體內心臟組織的重要功能。此外，打印的構建體引起的炎癥反應最小，并且當在大鼠中皮下植入時顯示其在體內可生物降解。綜上所述，本文的結果證明了MeTro / GelMA生物墨水在打印復雜的3D功能性心臟組織中的潛力，這些組織最終可用于心臟置換技術。

展望

3D打印對于工程化整個器官具有廣闊的前景，但仍然存在挑戰。這些包括對生理上相關數量的細胞的需求，以及使用分級血管網絡打印復雜的人類規模組織的可擴展方法。這項工作中介紹的血管化心臟構造已證明我們可以制造基友天然組織的結構和功能特性的小組織。在臨床上，應通過使用相關的動物模型（例如，心肌梗塞模型）來評估充滿細胞的心臟組織的治療價值。我們設想將我們的方法與模塊化組織設計相結合，將能夠在臨床相關規模上制造復雜的多功能組織。