《Nature Materials》：生物3D打印技术实现厘米级组织制造

研究概述

生物打印技术在组织工程和再生医学领域展现出巨大的潜力，它能够精确控制细胞和生物材料的三维空间沉积，从而构建具有特定形状和功能的组织结构；而其局限性则是难以复制复杂组织结构和功能。洛桑联邦理工学院的Matthias P Lutolf教授团队在Nature Materials（37.2）上发表了“Recapitulating macro-scale tissue self-organization through organoid bioprinting”；本文介绍了一种名为“生物打印辅助组织涌现”(BATE)的生物3D打印概念，该概念利用能够自发形成类器官的干细胞作为构建模块，直接沉积在促进细胞自发组织的外部细胞基质中。通过控制几何形状和细胞密度，研究人员生成了具有自组织特征的厘米级组织，例如管腔、分支血管和管状肠上皮组织，这些组织具有类似体内的隐窝和绒毛结构。生成后展示了如何通过在空间和时间上的沉积支持细胞来调节形态发生，并通过顺序打印不同的上皮细胞来模拟胃肠道中存在的器官边界。该研究展示了生物制造和组织工程技术如何融合，以控制从毫米到厘米尺度上的细胞自组织，为药物发现、诊断和再生医学开辟了新的途径。

生物3D打印在本研究中的作用

在该研究中，团队利用3D打印技术，成功构建了具有自组织能力的肠道上皮管状结构。这些结构在细胞外基质中经过数天的培养，形成了具有隐窝和绒毛样区域的管状上皮组织，并表现出类似于体内肠道组织的形态和功能。结果表明，3D打印技术能够用于构建具有生理功能的肠道上皮组织模型，为药物筛选、疾病建模和再生医学等领域提供新的研究工具。

主要内容

构建3D细胞结构

利用自发自组织的干细胞或类器官作为构建模块，通过生物打印技术将它们沉积到细胞外基质中，形成具有特定几何形状的3D细胞结构。实验中将人肠干细胞打印成线状结构，在Matrigel基质中培养后，能够形成具有隐窝和绒毛样区域的管状上皮组织

引导组织自组织

通过模拟体内组织-组织相互作用，例如将肠上皮细胞与肠间质细胞共培养，促进细胞分化和组织成熟，最终形成具有生理功能的组织结构。实验中将肠间质细胞与肠上皮细胞共培养，发现肠间质细胞能够促进肠上皮细胞的分化，并加速管状结构的形成。

构建多组织模型

通过组合打印不同器官来源的干细胞，构建具有不同组织边界和相互作用的多组织模型。实验中将胃干细胞和肠干细胞组合打印，成功构建了具有胃肠交界和大小肠交界的多组织模型，并观察到不同组织区域的特异性基因表达。

总结

该研究开发了一种名为 BATE 的新型 3D 生物打印技术，通过将组织生成干细胞直接沉积在促进自组织的细胞外基质中，成功地构建了具有类似体内结构的厘米级组织。该技术通过控制几何形状和细胞密度，实现了对组织形态发生的精确控制，并能够模拟胃肠道中的器官边界。此外，BATE 还支持在空间和时间上沉积支持细胞，以调节形态发生，并按顺序打印不同的上皮细胞，进一步提高了构建组织的复杂性和功能性。

这些结果表明，生物制造和组织工程技术可以结合起来，以控制从毫米到厘米尺度的组织自组织，为药物发现、诊断和再生医学开辟新的途径。

文献原文：10.1038/s41563-020-00803-5.

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41563-020-00803-5

关于赛箔生物

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