由于肌肉组织的生物结构复杂性,人造肌肉组织仍是一项艰巨的工程。在目前大多数研究中,研究者们的关注点局限于获得高定向的肌管,而不是三维的肌肉组织。同时,获得与天然组织更相近的多细胞辅助结构也没有得到完全实现。
近日,罗马生物医学自由大学的Alberto Rainer教授及其团队提出一种基于创新3D生物打印技术制备人造骨骼肌组织的新方法。该方法是将微流体打印针头与同轴挤出机配套使用,并结合3D生物打印技术制备封装肌肉前体细胞(C2C12)的水凝胶纤维。为促进肌细胞成肌分化,该团队设计了一个由定向水凝胶纤维排列组成的3D结构。最后,体内及体外实验证明该结构可促进肌细胞成肌分化。该研究为骨骼肌组织工程甚至于人类临床应用提供了有效的人造骨骼肌组织制备方法。
作为一个新兴的生物制造领域,3 d生物打印仍然面临挑战:1)生物墨水合成 2)多材质或多细胞聚集于单一结构。为应对这些挑战,研究者选用了一个Y型多入口微流控生物打印针头,可混合多种生物墨水,并结合离子交联快速成胶方法制备3D支架。
研究者通过免疫荧光检测对3D生物打印的C2C12肌原细胞进行成肌分化分析,肌肉分化过程监控到21天,每4天对其进行一次明场和免疫荧光拍照。显微图片记录肌管数量和长度随培养时间增加而增加,同时肌球蛋白重链(MHC)基因表达也随之增加。
该团队将3D 打印结构及普通块状结构的水凝胶在体外培养7天后,植入免疫缺陷小鼠皮下进行体内实验。28天后将植入物取出并分析,宏观上可以看到“粉红色”组织结构的形成。对两种植入物进行组织学分析,均显示有组织块的形成。而3D打印植入物表现出更加明显的平行取向,大小均一的肌纤维,以及更加致密的肌纤维组织和更少的纤维间空隙。