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含人脐血来源富血小板血浆的三维生物打印墨水在裸鼠全层皮肤缺损治疗中的应用
编辑人员丨1周前
目的:探讨含人脐血来源富血小板血浆(HUCB-PRP)的海藻酸钠-明胶(AG)生物墨水(称为HUCB-PRP-AG生物墨水)的可打印性能和细胞相容性,及该生物墨水的三维打印组织治疗裸鼠全层皮肤缺损创面的效果。方法:采用实验研究方法。制备含体积分数2.5%、5.0%、10.0%HUCB-PRP的HUCB-PRP-AG生物墨水,分别命名为1P-AG、2P-AG、4P-AG。取AG、1P-AG、2P-AG、4P-AG,观察室温下外观,采用旋转流变仪检测黏度、储能模量和损耗模量。利用以上4种生物墨水分别进行三维生物打印并观察打印组织外观(后续使用交联后打印组织),将4种打印组织分别与人脐静脉内皮细胞(HUVEC)在Transwell小室内用HUVEC专用培养基共培养24 h,采用细胞计数试剂盒8检测细胞增殖水平(样本数为3);将4种打印组织分别用DMEM培养基培养12、24、48 h,进行干燥称重并计算降解率(样本数为3);将1P-AG、2P-AG、4P-AG打印组织分别用磷酸盐缓冲液培养0.5、24.0、48.0 h,采用酶联免疫吸附测定法检测培养上清液中血管内皮生长因子(VEGF)的表达(样本数为5)。取16只6~8周龄雌性BALB/c-NU裸鼠建立背部全层皮肤缺损创面模型,分为创面仅覆盖医用水胶体敷料的常规对照组和另予HUCB-PRP滴加的HUCB-PRP组、AG打印组织覆盖的AG组、4P-AG打印组织覆盖的4P-AG组(每组4只),观察每组3只裸鼠伤后4、8、14 d创面愈合情况并计算创面愈合率;取每组剩余裸鼠伤后8 d创面组织,行苏木精-伊红染色后观察组织病理学改变,行免疫组织化学染色后观察CD31阳性新生血管情况。对数据行重复测量方差分析、LSD检验及Bonferroni校正。结果:在室温下,AG、1P-AG、2P-AG、4P-AG均呈半透明液态;AG为淡黄色,1P-AG、2P-AG、4P-AG均为淡红色但颜色依次逐渐加深。在温度10 ℃和剪切率0.1~10.0 s -1范围内,AG、1P-AG、2P-AG、4P-AG的黏度均随着剪切率的增加而减小;在温度10 ℃和角频率1~100 rad/s范围内,4种生物墨水的储能模量均大于损耗模量。4种生物墨水打印组织的分辨率与形态均相近。与1P-AG、2P-AG、4P-AG打印组织共培养24 h的HUVEC增殖水平分别为0.885±0.030、1.126±0.032、1.156±0.045,均明显高于与AG打印组织共培养的HUVEC的0.712±0.019( P<0.01);与2P-AG、4P-AG打印组织共培养24 h的HUVEC增殖水平均明显高于与1P-AG打印组织共培养的HUVEC( P<0.01)。1P-AG、2P-AG、4P-AG打印组织培养12、24、48 h的降解率均明显高于AG打印组织( P<0.01);2P-AG、4P-AG打印组织培养24、48 h的降解率均明显高于1P-AG打印组织( P<0.01);4P-AG打印组织培养12 h的降解率明显高于1P-AG打印组织( P<0.01),培养24、48 h的降解率均明显高于2P-AG打印组织( P<0.01)。培养0.5、24.0、48.0 h,2P-AG打印组织培养上清液中VEGF表达量均明显高于1P-AG打印组织( P<0.01),1P-AG和2P-AG打印组织培养上清液中VEGF表达量均明显低于4P-AG打印组织( P<0.01)。常规对照组与HUCB-PRP组裸鼠伤后8 d创面较伤后4 d干燥且缩小,HUCB-PRP组裸鼠伤后14 d创面较常规对照组缩小且无结痂;AG组、4P-AG组裸鼠伤后4 d创面上打印组织明显降解且创面无明显渗出,伤后8 d创面明显上皮化且缩小,伤后14 d创面无结痂;4P-AG组裸鼠伤后14 d创面完全上皮化。与常规对照组比较,AG组裸鼠伤后4 d创面愈合率明显降低( P<0.05),HUCB-PRP组、4P-AG组裸鼠伤后各时间点及AG组裸鼠伤后8、14 d创面愈合率均明显升高( P<0.01);与HUCB-PRP组比较,AG组裸鼠伤后4、8 d及4P-AG组裸鼠伤后4 d创面愈合率均明显降低( P<0.01),AG组裸鼠伤后14 d及4P-AG组裸鼠伤后8、14 d创面愈合率均明显升高( P<0.01);4P-AG组裸鼠伤后各时间点创面愈合率均明显高于AG组( P<0.01)。伤后8 d,常规对照组裸鼠创面组织可见大量炎症细胞浸润、少量新生微血管以及少量CD31阳性新生血管,HUCB-PRP组裸鼠创面组织可见大量炎症细胞浸润、丰富新生微血管以及较多CD31阳性新生血管,AG组裸鼠创面组织可见轻度炎症浸润、少量新生微血管以及少量CD31阳性新生血管,4P-AG组裸鼠创面组织可见轻度炎症浸润、大量新生微血管以及大量CD31阳性新生血管。 结论:HUCB-PRP-AG生物墨水具备良好的可打印性能和细胞相容性,其三维打印组织可促进裸鼠全层皮肤缺损创面血管化,加速创面愈合。
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编辑人员丨1周前
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生物3D打印在颅颌面修复重建中的发展机遇及思考
编辑人员丨1周前
生物3D打印作为一种新型研究技术手段在组织及再生医学领域内被广泛研究,已成为近些年国内外的研究热点。该文总结了生物3D打印的发展历程,并对其在颅颌面损伤修复中的国内外研究进展和应用进行了综述,同时结合团队自身研究展开了一些思考。
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编辑人员丨1周前
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姜黄素结合三维生物打印的甲基丙烯酸酐化明胶水凝胶可减少活性氧诱导的脂肪干细胞凋亡并提高糖尿病创面移植物的存活率
编辑人员丨1周前
晚期糖基化终末产物(AGE)与AGE受体(AGER)相互作用,可产生活性氧,导致皮肤Fb和血管内皮细胞凋亡,从而阻碍糖尿病创面愈合。浙江大学医学院附属第二医院韩春茂教授和王新刚教授团队在《Burns & Trauma》杂志发文《Curcumin?incorporated 3D bioprinting gelatin methacryloyl hydrogel reduces reactive oxygen species?induced adipose?derived stem cell apoptosis and improves implanting survival in diabetic wound》。该团队制备了一种含有姜黄素的三维生物打印甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)水凝胶支架,将其植入脂肪干细胞(ADSC)并应用于小鼠糖尿病创面。通过结构表征、蛋白质印迹法、活性氧和细胞凋亡测定来评估其抗氧化和抗细胞凋亡活性,并通过创面愈合实验评估了姜黄素通过AGE/AGER/核因子κB p65途径对细胞凋亡的潜在调节作用。通过扫描电子显微镜观察到,质量分数10%的GelMA水凝胶支架具有较好的机械性能和生物相容性,其圆形网状结构使其具有可打印性;苏木精?伊红染色显示,应用姜黄素?GelMA?ADSC的全层皮肤缺损裸鼠在第14、21天创面再上皮化更好;原位末端标记检测显示,姜黄素可减轻皮肤组织的细胞凋亡;血管内皮标志物CD31和α平滑肌肌动蛋白检测提示,姜黄素?GelMA?ADSC可诱导血管生成,从而加速糖尿病创面愈合。该研究说明姜黄素?GelMA?ADSC水凝胶是一种可有效加速创面愈合的生物材料。
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编辑人员丨1周前
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牵张力对三维打印组织血管管腔形成的影响
编辑人员丨1周前
目的:探讨牵张力对三维打印组织血管管腔形成的影响。方法:采用实验研究方法。取2020年9月—2021年5月于苏州瑞华骨科医院妇产科生产的3名健康产妇(年龄22~35岁)弃用的脐带组织,提取人脐静脉内皮细胞(HUVEC);取2020年9月—2022年9月于苏州瑞华骨科医院手外科行创面修复术的10例男性患者(年龄20~45岁)的废弃正常皮肤组织,提取人皮肤成纤维细胞(HSF)。鉴定2种细胞后取第4~6代细胞进行后续实验。以HUVEC、HSF为种子细胞,以聚己内酯、明胶、透明质酸、纤维蛋白原为支架材料,借助三维生物打印技术,构建三维打印血管化组织。将间距6、10 mm的聚己内酯支架及无聚己内酯支架的打印组织分别设为6 mm间距聚己内酯组、10 mm间距聚己内酯组和无聚己内酯组。培养4 d,取10 mm间距聚己内酯组打印组织,采用细胞活力检测试剂盒检测细胞存活情况并计算细胞存活率。培养14 d,取3组打印组织,肉眼观察组织形变情况;行免疫荧光染色,观察组织中纤丝状肌动蛋白排列,观测组织血管管腔直径、总长度与分支数。设计并打印另带有微弹簧结构的上述3组组织,培养9 d,根据力-位移曲线测量打印组织所受牵张力。以上实验样本数均为3。对数据行单因素方差分析、Tukey检验。结果:培养4 d,10 mm间距聚己内酯组打印组织细胞存活率为(91.3±2.2)%。培养14 d,无聚己内酯组打印组织形变不明显,6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组打印组织发生明显形变。培养14 d,无聚己内酯组打印组织纤丝状肌动蛋白的排列无特定方向,而6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组打印组织中纤丝状肌动蛋白的排列具有方向性。培养14 d,6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组打印组织血管管腔直径分别为(6.0±1.3)、(10.8±1.3)μm,均明显大于无聚己内酯组的0 μm( P<0.05),10 mm间距聚己内酯组打印组织血管管腔直径明显大于6 mm间距聚己内酯组( P<0.05);6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组打印组织血管总长度、分支数均明显短/少于无聚己内酯组( P<0.05),10 mm间距聚己内酯组打印组织血管总长度、分支数均明显短/少于6 mm间距聚己内酯组( P<0.05)。培养9 d,6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组打印组织受到的牵张力分别为(2 340±59)、(4 284±538)μN,均明显大于无聚己内酯组的0 μN( P<0.05);10 mm间距聚己内酯组打印组织受到的牵张力明显大于6 mm间距聚己内酯组( P<0.05)。 结论:三维打印支架结构能对打印组织施加不同大小的牵张力,可通过调控牵张力大小调控打印组织的血管管腔直径。
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编辑人员丨1周前
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生物三维打印:组织工程构建新技术
编辑人员丨1周前
生物三维打印技术近年来因其可通过程序控制构建具有精细结构的组织工程移植物,在组织工程及再生医学领域中拥有极佳的应用前景。该文简述了生物打印的基本步骤,回顾了近年来生物三维打印技术在组织工程中的应用,对功能组织构建的策略进行分析,以挤出式生物打印机的不同喷嘴技术及优势为重点综述3种生物打印方式(牺牲打印、支撑浴悬浮打印、梯度打印)。最后总结了现有生物三维打印技术的局限性,并对其未来发展做出展望。
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编辑人员丨1周前
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3D生物打印的合成聚合物在胸外科应用的研究进展
编辑人员丨1周前
3D生物打印可以快速生产替代患者缺损的组织结构,可以使所需组织的各个要素之间的空间关系更加精确。本综述讨论了合成聚合物在胸外科特别是肺、食管、气管的替代应用的研究进展并显示了迄今为止有关该主题的优势和局限性,此外,还提及许多依赖于3D打印的聚合物支架,这些支架可以转换为生物打印,其结果适用于未来生物打印的扩展。未来仍然需要更多的临床应用研究,朝着更加实用化的方向发展。
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编辑人员丨1周前
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三维生物打印在口腔软组织组织工程中的应用
编辑人员丨1周前
口腔软组织工程涉及口腔颌面功能和美学的修复重建。三维生物打印作为21世纪初的新兴技术,包裹细胞的生物墨水可通过模拟发育过程中组织的自组装促进再生,在组织工程中的应用前景巨大。口腔软组织既包括口腔特有的牙髓、牙周膜、牙龈、口腔黏膜和唾液腺,也包括颌面部涉及的皮肤、血管、肌肉和神经等组织。目前,三维生物打印在口腔特有软组织修复中主要应用于牙髓再生领域,利用不同的生物墨水荷载牙髓细胞在牙本质基质中修复牙髓组织;三维生物打印在牙周膜重建和类唾液腺培养方面仅有少量体外研究;且尚未检索到三维生物打印在牙龈和口腔黏膜再生方面的应用。这应与牙周膜复杂精细有序结构、口腔的湿润环境、有限的操作空间以及持续的咀嚼压力相关。对于皮肤、血管、肌肉和神经的三维生物打印,虽研究较多,但大多无口腔针对性。本文简要介绍目前以细胞相容水凝胶为生物墨水的三维生物打印在口腔软组织再生中的应用现状及前景展望。
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编辑人员丨1周前
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应用新型生物墨水和聚己内酯3D生物打印骨-软骨复合组织块修复关节软骨缺损
编辑人员丨1周前
目的:应用新型生物墨水和聚己内酯(polycaprolactone,PCL)通过3D生物打印构建骨-软骨复合组织块,并评估其修复关节软骨缺损的效果。方法:实验分为三组:①丝素蛋白(silk fibroin, SF)-磷酸三钙冻干支架组(冻干组),应用冻干法制作的SF-TCP复合支架修复软骨缺损,作为对照;②3D生物打印组(3D打印组),以PCL为原料通过3D生物打印机打印一个中空的多层圆柱体框架,后以软骨细胞外基质、SF和骨髓间充质干细胞为原料配置新型生物墨水,并在PCL框架上方继续3D生物打印含有活细胞的软骨层,最后于底层的PCL框架中充填自体松质骨,以此构建骨-软骨复合组织块修复关节软骨缺损;③自体骨软骨移植组(马赛克组),通过自体骨软骨移植术修复软骨缺损,作为对照。术后3个月通过国际软骨修复协会(International Cartilage Repair Society,ICRS)软骨修复组织学评分系统对修复组织进行评分。通过测定硫化糖胺聚糖(sulfated glycosaminoglycan,sGAG)和胶原蛋白含量可分析软骨细胞外基质分泌的程度。通过测定缺损修复区域组织的压缩模量评价修复组织的性状。结果:3D打印组新生软骨的压缩模量(2.56±0.30)MPa和马赛克组(2.51±0.13)MPa相接近( P>0.05),明显高于冻干组(1.37±0.14)MPa且差异具有统计学意义( F=11.058, P<0.05)。3D打印组中sGAG的含量(14.49±0.7)μg/mg和马赛克组(14.98±0.81)μg/mg接近( P>0.05),明显高于冻干组(8.72±0.73)μg/mg且差异有统计学意义( F=20.973, P<0.05)。三组的胶原含量并无明显统计学差异( P>0.05)。ICRS软骨修复组织学评分结果表明,在基质、细胞分布、细胞群活力和软骨下骨4项评分中,3D打印组与马赛克组的得分接近( P>0.05),明显高于冻干组且差异有统计学意义( F=19.544, P<0.05);在表面和软骨矿化2项评分中,组间差异无统计学意义。 结论:应用新型生物墨水和聚己内酯通过3D生物打印构建骨-软骨复合组织块能够简化组织工程骨-软骨复合组织块的体外构建,并且可以在体内较好的修复软骨缺损。
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编辑人员丨1周前
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3D生物打印对明胶/海藻酸钠/硅酸镁锂复合细胞水凝胶支架成骨分化的影响
编辑人员丨1周前
目的:应用3D生物打印技术制备明胶/海藻酸钠/硅酸镁锂复合水凝胶负载骨髓间充质干细胞(BMSCs)的仿生活性组织工程支架,探讨3D生物打印对含BMSCs水凝胶支架的成骨分化作用。方法:常规提取2周龄SD大鼠BMSCs并用流式细胞术鉴定,将明胶、海藻酸钠、硅酸镁锂混合,加入BMSCs后应用3D生物打印技术制备含细胞的复合水凝胶支架,应用注模法制备含细胞的非打印支架。体外实验中根据是否打印分为含细胞打印组和含细胞非打印组,每组制备12个样品,并设置单纯细胞对照组。通过扫描电镜观察复合水凝胶内部结构,冻干法测定支架膨胀率和含水量。在培养3 d后用鬼笔环肽染色观察支架内细胞活性,分别于培养1,3,7 d后进行细胞增殖与毒性检测(CCK-8)实验测定吸光度值确定细胞增殖情况和培养7,14 d后使用RT-PCR检测成骨细胞特异性转录因子(Osterix)、骨钙素(OCN)、Ⅰ型胶原等成骨相关基因表达。体内实验根据是否打印及是否含有细胞分四组:含细胞打印植入组、含细胞非打印植入组、不含细胞打印植入组、不含细胞非打印植入组,每组支架制备9个样品。将四组支架分别植入36只8周龄SD大鼠臀后侧肌袋,左右随机,术后2,4,8周取材分别拍摄X线片,并对8周取材组织进行HE及Masson染色观察成骨分化情况。结果:流式细胞术鉴定细胞为BMSCs。水凝胶内部孔隙明显,细胞在孔隙内可自由伸展。含细胞打印组的支架膨胀率为(1 039.37±30.66)%,支架含水量为(91.21±0.26)%,与含细胞非打印组的支架膨胀率[(1 032.38±35.05)%]和支架含水量[(91.16±0.28)%]比较,差异无统计学意义( P>0.05)。在体外培养3 d水凝胶内细胞生长状态良好。体外培养1 d,各组吸光度值差异无统计学意义( P>0.05);培养3 d时,含细胞打印组和含细胞非打印组吸光度值差异无统计学意义( P>0.05),但均高于单纯细胞对照组( P<0.05);培养7 d后,含细胞打印组吸光度值(2.72±0.17)高于含细胞非打印组(2.35±0.11)( P<0.05),且均高于单纯细胞对照组(1.95±0.12)( P<0.05)。体外培养7 d,含细胞打印组和含细胞非打印组的成骨分化相关基因表达量差异无统计学意义( P>0.05),但均高于单纯细胞对照组( P<0.05);体外培养14 d后,含细胞打印组的基因表达量[Osterix(1.650±0.095)、OCN(2.725±0.091)、Ⅰ型胶原(2.024±0.091)]均高于含细胞非打印组[Osterix(1.369±0.114)、OCN(2.174±0.198)、Ⅰ型胶原(1.617±0.082)]和单纯细胞对照组[Osterix(1.031±0.094)、OCN(1.116±0.092)、Ⅰ型胶原(0.736±0.140)]( P<0.05)。体内植入2周,各组X线片灰度值差异无统计学意义( P>0.05);体内植入4周和8周,含细胞打印植入组和含细胞非打印植入组X线片灰度值高于不含细胞打印植入组和不含细胞非打印植入组( P<0.01);体内植入8周,HE染色显示载细胞支架不同程度降解并且与细胞相互浸入,Masson染色可见不同程度的胶原生成。 结论:复合水凝胶支架可为BMSCs生长提供良好的三维环境,3D生物打印可促进BMSCs在水凝胶支架内增殖和成骨分化;负载BMSCs的生物支架在体内可缓慢降解,具有较好的异位成骨能力。
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编辑人员丨1周前
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三维培养肿瘤模型在结直肠癌中的研究进展
编辑人员丨1周前
传统的肿瘤培养模型包括二维肿瘤细胞培养和异种移植物模型,前者存在缺乏肿瘤异质性、模型失真等问题,后者存在建模成功率偏低、耗时长、价格贵等缺点。近年出现的体外三维(3D)培养模型可以较好地模拟体内肿瘤的空间结构与生长环境,保留肿瘤细胞的病理与遗传学特征,并反映肿瘤细胞间、肿瘤与微环境间的复杂相互作用,逐渐成为肿瘤机制研究、药物筛选和肿瘤个体化治疗的有力工具。球状体、类器官、微流控装置等3D肿瘤模型技术日渐成熟,共培养、3D生物打印、气液界面等新技术的应用使模型的仿真性进一步提高,一些模型可重建肿瘤微环境,一些模型甚至具有内源性免疫成分与微脉管系统。近年来,有学者将异种移植物模型与类器官技术相结合,构建了体内/体外配对的生物模型库,发挥出两种技术的优势,并可针对具有特定分子学特征的肿瘤进行个体化精准疗法研发。至今,上述技术已广泛应用于结直肠癌研究领域。作者团队目前研究采用结直肠癌患者来源的3D微肿瘤模型指导术后化疗药物选择,建模成功率高、药物筛选实验结果理想。相信随着相关技术的进步,3D肿瘤模型将在结直肠癌研究、药物研发与转化、疗法筛选及个体化治疗等领域发挥巨大作用。
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编辑人员丨1周前
