Piuma生物纳米压痕仪测试3D打印微血管结构

近日，柏林夏里特医学院(Charité - Universitätsmedizin Berlin)的Georg Duda教授在《Advanced Functional Materials》杂志上发表题目为"Engineering Vascular Self-Assembly by Controlled 3D-Printed Cell Placement"的研究论文。

通过结合3D多材料生物打印和自组织来源的微血管结构，研究者开发了一种具有用于微血管形成的不同隔室：通道和侵袭区域。这是使用两种不同的生物相容性油墨实现的：GelMA打印散装材料，而使用酶降解牺牲光墨水HAMA实现通道。

两种生物墨水与逐层打印方法结合，导致通道之间的侵入区域位于基底和顶部GelMA层之间的界面处。由于其有利于细胞迁移的条件，侵袭区域能够分析受限区室中血管结构的形成以及细胞定位对细胞相互作用的影响。

块状生物材料甲基丙烯酸化明胶(GelMA)的特性以确保细胞间通讯和支持细胞从体中迁移的能力，同时阻止微血管结构的侵入，从而引导它们走向专门设计的几何隔室。材料测试显示，7%(w/v)GelMA 的平均模量为1.75±0.07 kPa；1.5%(w/v)甲基丙烯酸化透明质酸(HAMA)为3.15±0.16 kPa。此外，印刷结构使用Optics11 Piuma纳米压痕装置测量，观察到局部刚度为2.9±1.7 kPa，在体内特征范围内。应力松弛，由松弛半衰期(τ1/2)表征，值为1.7±0.4 s，在凝固骨髓和骨折血肿范围内，并且已被证明有助于细胞扩散。

总之，该系统允许通过内皮衬里产生大血管通道，并通过调整生物打印设置（改变细胞位置、实体和剂量），使细胞自组装过程形成可控的微血管结构。血管结构的形成可以通过改变支持细胞类型和位置来诱导和调节。掺入的细胞显示出在培养后几天内形成管腔微血管结构的能力，并显示出稳定和成熟的迹象，以及通过血管生成和吻合形成相互连接的血管网络。

得以通过设计细胞的不同空间排列来控制细胞间相互作用、迁移和增殖，从而控制形成血管结构的数量、方向、长度和分支行为，有助于研究细胞类型和空间配置如何影响宏血管和微血管结构的自组装。这种将细胞自组装的力量与血管形成的空间控制相结合的创新策略允许发展精确的血管化。考虑到组织工程和再生疗法中潜在用途的功能、复杂性和适应性，通过自组织形成血管结构应被认为优于人工生产血管结构。

doi: 10.1002/adfm.202113269