乔治亚理工学院提出体外气管支架的生物3D打印

2022 年 04 月 29 日

        目前,基于挤压的生物3D打印技术取得了显着进展,可使用多个打印头逐层创建包含多种组分的异质结构。 但在每层打印时都需要切换多种打印头,这会显着增加总打印时间,对细胞活力和功能产生不利影响,因此,使用3D打印技术创建临床尺寸的组织结构仍然是一个挑战。
         来自乔治亚理工学院的Hollister, Scott J.等针对气管支架提出了一种生物3D打印策略,能够显着缩短总打印时间。 这种气管支架由多孔波纹管框架、框架内腔表面的上皮衬里、框架外凹槽上的软骨环和框架最外侧的正弦图案网络组成。
         首先打印聚己内酯(PCL)多孔波纹管框架。沿圆形路径间歇性挤压打印(图1C),打印出壁厚250um、均匀分布有直径300um孔隙的管壁,随后进行热培养和氧等离子体处理(图1D)以增强框架的韧性和亲水性,从而提高之后印刷在其上的生物墨水的稳定性。然后,将框架放置在旋转台的中心,并以4 rpm的恒定角速度旋转,通过弯针将含有细胞的生物墨水在径向方向上挤出,在框架旋转时分别印刷在外槽和内表面上(图1E,图2A)。最后,使用旋转杆组合3D打印系统,控制打印头的打印路径和旋转杆的旋转速度,创建正弦图案的管状网格(图1F)。

图1 气管支架的生物3D打印示意图

图2 气管支架外槽和内壁的旋转打印
        使用此方式打印气管支架显着缩短了总打印时间,在15分钟内即可完成,而若使用4个打印头分层创建相同结构,预估时间超过22小时。 与典型的多喷头分层打印相比,此方法不仅可以减少打印时间,显着提高细胞活力,而且可以在两个打印过程之间实施附加处理。 此外,在临床中可提前打印不同尺寸的波纹管框架,而后根据解剖信息快速制备气管支架提供给患者。
参考文献:

    Park JH、Ahn M、Park SH 等人。 临床相关大小的气管模拟细胞结构的 3D 生物打印[J]. 生物材料, 2021, 279: 121246.

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