韓國研究人員用上皮細胞和軟骨細胞3D打印氣管
時間：2019-03-02 14:57 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
韓國研究人員一直在進行氣管植入物生物打印的研究，最近，韓國的研究人員在一篇題為《氣管與自體上皮細胞和軟骨細胞》的論文中公布了研究成果。科學家團隊詳細介紹了他們使用聚己內酯和水凝膠與鼻上皮細胞和耳廓軟骨細胞的混合物打印人造氣管的辦法。在用這些材料和組織生物打印人工氣管后，他們將它們移植到15只兔子身體里，其中6只為對照組。目標是找到克服腫瘤引起的氣管問題的方法，其中最常見的是腺樣囊性癌和鱗狀細胞癌。以前，在創造可行的、正確的、能夠產生一種新的上皮細胞方面，存在著很大的挑戰。隨著感染的發生，已經出現了一些問題，這些問題變成了疾病，遷移了，或者遇到了障礙。
系統組件和生物打印過程。（A）3D生物支架繪圖系統的示意圖。（B）使用生物繪圖系統的人造氣管的詳細制造過程。第一層是多孔PCL層;第二層為細胞負載的海藻酸鹽;第三層為無孔PCL層;第四層為細胞負載的藻酸鹽;第五，管型模塊上的多孔PCL打印。
“最活躍研究的人造氣管制造方法是組織工程，可生物降解的合成聚合物用于制造管狀支架，”科學家們表示。“與異物，同種異體移植物和自體移植物相比，使用組織工程制造的支架往往具有平滑的血管形成和較少的阻塞。目前，正在進行各種研究，包括再生氣管上皮的研究。”與氣管軟骨相似的材料包括聚己內酯（PCL），聚乙醇酸（PGA），聚乳酸（PLA）和聚（乳酸 - 共 - 乙醇酸）（PLGA）。這些都已用于3D打印和正在進行的研究中。在這項研究中，研究人員將3D打印的氣管盡可能接近人體氣管結構，并在12個月內對其進行評估。
“這項研究是第一個使用3D打印的人工氣管與自體上皮細胞和軟骨細胞治療氣管病變的研究，很少有研究檢查人工組織超過一年的長期影響，”研究人員表示。“在氣管結構中起重要作用的呼吸道上皮和軟骨軟骨細胞被培養以產生用于生物打印的水凝膠，使用具有可生物降解聚合物的3D打印生產人造氣管。此外，我們還在一個著名的氣管支架部分切除模型中植入人工氣管，并進行呼吸評分，X射線，計算機斷層掃描（CT），內窺鏡檢查和組織學檢查。
3D打印海藻酸鹽水凝膠和人工氣管。（A）藻酸鹽水凝膠在300um噴嘴處擠出。（B）3D藻酸鹽立方體型（16×16×2mm 3）的光學圖像。較高濃度的藻酸鹽水凝膠提供更精確和多孔的立方體類型。（C）使用3D生物打印機制造的人造氣管的總圖像。（D）掃描電子顯微鏡圖像。從底部開始：第一層是多孔PCL層;第二層是上皮細胞層;第三層是無孔PCL層;第四層是軟骨細胞層;第五層清楚地看到多孔PCL層。（E-G）使用綠色染料作為上皮細胞（E）和紅色染料作為軟骨細胞（F）的熒光顯微圖像;合并后的圖像（G）顯示2個水凝膠層完全分離。
重點是創造上皮和軟骨再生，內層有鼻細胞，外層有耳廓軟骨細胞。然而，研究人員表示，在植入物中使用兩種不同類型的細胞具有挑戰性。“鼻上皮細胞培養在不損傷兔鼻上皮細胞的情況下，用于移植上皮細胞，所有實驗組均成功形成上皮細胞。我們相信，這是上皮細胞移植到移植中的效果，并且與早期存活率有直接的關系。”研究人員說。對于這些類型的生物打印移植，軟骨是至關重要的。3個月組沒有發現軟骨形成，6個月和12個月時有一些增長。研究人員表示，“其他使用兔耳軟骨細胞進行氣管移植的研究也發現了6個月時類似于天然氣管的軟骨島，但它并沒有產生完整的c形。”
他們結束了研究，意識到應該研究更多的方法來尋找減少軟骨再生所需時間的方法。最后，研究小組最后指出：
“在這個實驗中，使用3D生物打印技術構建了人工氣管，并成功移植了兩種不同類型的自體分離細胞，上皮細胞和軟骨細胞。人工氣管成功植入部分切除的氣管，導致上皮形成和軟骨胰島的形成。這導致15只動物中的13只存活至12個月，在實驗組中沒有特定的呼吸信號，而對照組僅顯示6只動物中的4只存活。我們的研究可以說明我們的3D打印人工移植物含有自體細胞足夠長時間穩定一年左右，可以提供一個平臺，可以應用幾種不同類型的細胞或合適的生物材料來治療氣管疾病。”
在過去的五年里，氣管一直成為生物打印的對象，3D打印改善了患有氣管疾病患者的生活。
上皮再生的組織病理學圖像。與正常氣管上皮（A）相比，對照組（動物編號5）未顯示上皮再生（B）。然而，實驗組在3個月時顯示上皮再生，并且1只動物顯示不完整的上皮再生伴有鱗狀化生（C，動物編號8）。 6（D，動物編號14）和12個月（E，動物編號21）的動物顯示完全的上皮細胞再生。（F）實驗組（動物編號9）中3個月的完整橫截面圖像也顯示完全的上皮再生。（Masson的毛狀體染色，子面板A-E中的條表示50μm，子面板F中的條表示1mm）上皮再生用（D，E）中的綠色和黃色框指向。
“最活躍研究的人造氣管制造方法是組織工程，可生物降解的合成聚合物用于制造管狀支架，”科學家們表示。“與異物，同種異體移植物和自體移植物相比，使用組織工程制造的支架往往具有平滑的血管形成和較少的阻塞。目前，正在進行各種研究，包括再生氣管上皮的研究。”與氣管軟骨相似的材料包括聚己內酯（PCL），聚乙醇酸（PGA），聚乳酸（PLA）和聚（乳酸 - 共 - 乙醇酸）（PLGA）。這些都已用于3D打印和正在進行的研究中。在這項研究中，研究人員將3D打印的氣管盡可能接近人體氣管結構，并在12個月內對其進行評估。
“這項研究是第一個使用3D打印的人工氣管與自體上皮細胞和軟骨細胞治療氣管病變的研究，很少有研究檢查人工組織超過一年的長期影響，”研究人員表示。“在氣管結構中起重要作用的呼吸道上皮和軟骨軟骨細胞被培養以產生用于生物打印的水凝膠，使用具有可生物降解聚合物的3D打印生產人造氣管。此外，我們還在一個著名的氣管支架部分切除模型中植入人工氣管，并進行呼吸評分，X射線，計算機斷層掃描（CT），內窺鏡檢查和組織學檢查。
重點是創造上皮和軟骨再生，內層有鼻細胞，外層有耳廓軟骨細胞。然而，研究人員表示，在植入物中使用兩種不同類型的細胞具有挑戰性。“鼻上皮細胞培養在不損傷兔鼻上皮細胞的情況下，用于移植上皮細胞，所有實驗組均成功形成上皮細胞。我們相信，這是上皮細胞移植到移植中的效果，并且與早期存活率有直接的關系。”研究人員說。對于這些類型的生物打印移植，軟骨是至關重要的。3個月組沒有發現軟骨形成，6個月和12個月時有一些增長。研究人員表示，“其他使用兔耳軟骨細胞進行氣管移植的研究也發現了6個月時類似于天然氣管的軟骨島，但它并沒有產生完整的c形。”
他們結束了研究，意識到應該研究更多的方法來尋找減少軟骨再生所需時間的方法。最后，研究小組最后指出：
“在這個實驗中，使用3D生物打印技術構建了人工氣管，并成功移植了兩種不同類型的自體分離細胞，上皮細胞和軟骨細胞。人工氣管成功植入部分切除的氣管，導致上皮形成和軟骨胰島的形成。這導致15只動物中的13只存活至12個月，在實驗組中沒有特定的呼吸信號，而對照組僅顯示6只動物中的4只存活。我們的研究可以說明我們的3D打印人工移植物含有自體細胞足夠長時間穩定一年左右，可以提供一個平臺，可以應用幾種不同類型的細胞或合適的生物材料來治療氣管疾病。”
在過去的五年里，氣管一直成為生物打印的對象，3D打印改善了患有氣管疾病患者的生活。
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