调控光固化3D打印水凝胶力学性能策略的研究进展

光固化三维(three dimension, 3D)打印技术在组织器官构建等生物医学领域有广泛应用,水凝胶是常用的生物3D打印材料,其力学性能是影响3D打印生物制品质量的重要因素之一。本文从水凝胶网络结构、制备工艺条件及3D打印结构等方面综述了改善光固化3D打印水凝胶力学性能的方法,简述了目前光固化3D打印水凝胶在力学性能研究方面所面临的挑战,为进一步改善光固化3D打印水凝胶的力学性能提供参考。     

基于水凝胶的内皮细胞三维培养

目的研究可注射温度敏感性水凝胶的生物相容性,探讨其做为三维培养材料的可行性。方法将人脐静脉内皮细胞株ECV304细胞接种于水凝胶,体外共同培养后进行形态结构观察,用MTT法检测ECV304细胞增殖活性,AO／EB试剂盒观察细胞凋亡,NO试剂盒测量细胞分泌NO等功能。结果ECV304细胞在水凝胶中生长及功能均比较理想。AO／EB双重染色有少量黄色荧光,显示仅有少量细胞凋亡。细胞在水凝胶中培养后上清液体中分泌的NO浓度与二维培养组之间差异显著性无统计学意义（P=0．948）。结论可注射温度敏感性水凝胶生物相容性好,是一种良好的三维培养材料,可作为种子细胞的载体应用于组织工程中。     

三维生物打印技术在泌尿系组织工程中的研究进展

针对泌尿系疾病导致的组织器官损伤和缺失,目前临床上的治疗方法存在局限性。组织工程通过对细胞、生物支架和生物相关分子的研究,提供了一种可替代或再生受损组织器官的治疗手段。三维（3D）生物打印技术作为新兴制造技术,能对载有细胞的生物材料精确控制,进一步推动着组织工程领域的发展。本文综述了3D生物打印技术在肾脏、输尿管、膀胱、尿道组织工程中的研究进展和应用,并讨论了目前面临的主要挑战和未来展望。     

基于同轴细胞打印双网络生物墨水优化及类血管支架的打印

文题释义：双网络生物墨水：生物墨水是指可以用于生物3D打印机的材料,具有类似细胞外基质的理化性质,可用于制造与人体器官相似的组织。双网络生物墨水内部具有两种交联网络,能使体外构建的组织具有良好的机械性能,适用于不同的应用场景。 同轴细胞打印：生物3D打印也叫细胞打印,是指操控细胞生物墨水体外构建活性组织的过程。同轴细胞打印是生物3D打印的延伸和发展,通过结合多层同轴针头可以直接快速制备含有内部连通网络的组织工程支架。 背景：细胞体外培养情况下无法在远离营养物质200 μm以上的区域存活,血管网络构建对组织工程领域厚组织和器官再生至关重要,同轴细胞打印为体外构建类血管通道提供了一种新的方式。 目的：优化生物墨水的同轴细胞打印性能,制备具有类血管结构的组织工程支架。 方法：通过间歇式巴氏灭菌制备无菌海藻酸钠溶液,冷冻保存;以脱胶蚕丝为原料制备无菌丝素蛋白冻干粉,密封保存;将丝素蛋白冻干粉加入解冻的海藻酸钠溶液中,再加入人脐静脉内皮细胞,作为生物墨水;将生物3D打印机的外轴连接生物墨水,内轴连接交联剂,同轴打印类血管支架材料,进行光学相干层析成像扫描、扫描电镜观察;拉伸测试海藻酸钠与丝素蛋白/海藻酸钠同轴打印环形试件(不含细胞)的弹性模量。采用冷冻保存7 d的海藻酸钠溶液与人脐静脉内皮细胞制作同轴打印支架,冷冻保存7 d的海藻酸钠溶液、人脐静脉内皮细胞与密封保存6个月的丝素蛋白冻干粉制作同轴打印支架,培养24 h后死活染色观察细胞存活率。设计打印串联与并联结构的类血管支架,培养1,3,7,10,14 d后检测细胞增殖情况。 结果与结论：①光学相干层析成像扫描显示,该混合生物墨水最高打印高度为9层,整体厚度约为4.4 mm;扫描电镜显示,类血管支架的中空纤维丝外壁呈无规则条状卷曲,存在微米级内部连通孔隙结构,中空纤维丝内壁具有更致密的孔隙结构;②丝素蛋白/海藻酸钠同轴打印环形试件的弹性模量大于单纯海藻酸钠同轴打印环形试件(P < 0.05);③采用保存7 d海藻酸钠溶液制作的支架细胞存活率为(86.7±3.4)%,加入丝素蛋白冻干粉支架的细胞存活率为(98.1±1.2)%,说明冷冻保存7 d的海藻酸钠溶液未染菌,丝素蛋白的保质期可达6个月;④并联结构类血管支架培养7,10,14 d的细胞增殖活性高于串联结构的类血管支架(P < 0.05);⑤结果表明,实验制备的类血管支架材料具有良好的生物相容性与机械性能。 ORCID: 0000-0002-5556-6672(张一帆) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

应用于3D生物打印的甲基丙烯酸酐化明胶水凝胶相关理化性能的研究进展

甲基丙烯酸酐化明胶（GelMA）水凝胶由明胶和甲基丙烯酸（MA）聚合反应合成。GelMA水凝胶的制备方法简单,并具有良好的生物相容性及机械性能可调节性,受到众多研究者的关注。其在伤口敷料、药物释放支架及组织工程等生物医学工程领域具有巨大的应用潜力。文章对GelMA水凝胶的制备及其性能进行概括,对近年来利用纳米材料、天然聚合物和合成聚合物与GelMA水凝胶结合对材料改性进行综述,并对应用于3D生物打印的多功能GelMA水凝胶未来发展方向进行总结与展望。GelMA水凝胶属于多肽类水凝胶,脆弱易碎裂的特征极大限制了其应用,经过后期的改性提高力学性能的同时,可能将造成其生物相容性的降低,使材料的最终临床转换面临重大挑战。未来将通过不断探索复合天然/合成聚合物的混合水凝胶,提升支架的机械性能,同时保留GelMA优越的生物相容性。特别是纳米材料与GelMA水凝胶结合,将支架实现智能功能,尤其是在敷料支架领域的研究。     

3D生物打印的肝结构体植入兔纤维化肝的研究

通过将三维(3D)生物打印的类肝水凝胶结构体,经肝表面贴覆法植入纤维化肝兔模型,探讨改善肝纤维化以及形成类肝组织结构的可行性。采用兔离体肝脏胶原酶消化法提取兔原代肝细胞,并采用四氯化碳(CC1₄)皮下注射诱导兔肝纤维化模型。选取30只肝纤维化兔,随机分为实验组、对照组、假手术组,每组10只。3D生物打印兔肝细胞-海藻酸钠-明胶3D水凝胶网格状结构体片段,经肝表面贴覆法植入兔纤维化肝,为实验组。植入16 d后,检测兔肝功能生化指标及肝脏组织病理学变化,观察肝纤维化的发展程度,以及类肝组织结构形成情况。按照设计的参数,打印出含有兔原代肝细胞的网格状水凝胶结构体。通过LIVE/DEAD双荧光染色观察,打印后肝结构体的细胞存活率为82%±3%。兔肝细胞水凝胶支架体内植入16天后,可见每个植入物的大部分支架材料尚未降解,未降解的植入物与肝脏贴合紧密,融合生长。通过检测兔肝功能生化指标及植入物之下的肝脏组织病理学观察,实验组兔肝功能生化指标分别为:ALT(90.26±13.05)U/L,AST(75.37±13.45)U/L,γGT(16.62±6.72)U/L,ALB(32.48±4.43)g/L,与对照组、假手术组之间比较均P>0.05。实验组、对照组、假手术组的肝纤维化程度病理学检查评分结果分别为2.95±0.50、3.11±0.58、3.02±0.62,各组之间比较均P>0.05。兔肝细胞-3D水凝胶支架的植入,使肝功能生化指标及兔肝脏纤维化程度稍有改善,但各组之间比较均无统计学意义。组织学观察结果表明,实验组植入物中肝细胞均匀分布,未见细胞变性及死亡,可形成类肝组织结构。3D生物打印的肝结构体具有再造肝样组织片段和实现部分肝功能的潜力,将在基础医学和临床之间搭建桥梁,为肝脏再生打下基础。     

水凝胶在心脏生物起搏和传导研究中的应用进展*

水凝胶在心脏起搏传导中的应用近年来进展迅速。一是可诱导心肌细胞的自发活性,使其具有起搏特性; 二是优化电子起搏器心肌- 电极界面,通过抗炎、抗纤维化、抗传导阻滞作用提高起搏效率;三是作为起搏细胞 的支架和载体,在构建起搏组织中发挥作用。水凝胶应用于生物传导的形式,则主要是将导电介质引入到水凝胶 中制备成导电水凝胶,然后利用其导电性、降解吸收性、生物相容性及力学性能,直接注射或者负载功能性细胞 后注射入心脏,以达到治疗恢复传导阻滞的目的。总的来说,水凝胶介导的生物起搏和传导,已展现出较大的应 用潜力,将来有望成为心律失常疾病治疗的理想解决方案。     

三维生物打印在泌尿系统修复重建中的应用及展望

三维(3D)生物打印是近年来新兴的一项生物组织工程学技术,其发展有利于解决目前临床组织器官修复的问题。本文就3D生物打印和泌尿系统修复重建的临床与研究现状进行回顾,并展望3D生物打印应用于泌尿系统修复重建中的可行性与临床价值。     

壳聚糖水凝胶与星形胶质细胞体外生物相容性评价的实验研究

研究壳聚糖水凝胶材料与星形胶质细胞的体外生物相容性,初步探讨壳聚糖水凝胶作为神经组织工程支架材料的可行性.利用氯化壳聚糖、β-甘油磷酸钠和羟乙基纤雏素制备壳聚糖水凝胶,MTT法评价其细胞毒性;体外培养鉴定新生Wistar大鼠脑皮层星形胶质细胞;壳聚糖水凝胶与星形胶质细胞体外共培养,观察星形胶质细胞在材料上的生长;MTT...     

壳聚糖水凝胶与星形胶质细胞体外生物相容性评价的实验研究

研究壳聚糖水凝胶材料与星形胶质细胞的体外生物相容性,初步探讨壳聚糖水凝胶作为神经组织工程支架材料的可行性。利用氯化壳聚糖、β-甘油磷酸钠和羟乙基纤维素制备壳聚糖水凝胶,MTT法评价其细胞毒性;体外培养鉴定新生Wistar大鼠脑皮层星形胶质细胞;壳聚糖水凝胶与星形胶质细胞体外共培养,观察星形胶质细胞在材料上的生长;MTT法检测接种后1、35、、7d的细胞增殖度。体外成功制备壳聚糖水凝胶,该材料无细胞毒性;体外分离、培养得到状态良好的星形胶质细胞;体外星形胶质细胞在材料上培养呈星形,生长良好,有分支状突起形成;MTT结果表明,材料-细胞共培养组中的细胞增殖度明显高于单纯细胞组（P〈0.001）。壳聚糖水凝胶与星形胶质细胞在体外具有良好的生物相容性,有望作为神经组织工程支架材料。     

三维OCT早期诊断开角型青光眼的价值

目的 探讨三维光学相干断层扫描技术（OCT）对开角型青光眼早期诊断的价值。方法 回顾性分析2016年5月~2019年5月黑龙江省医院收治的86例开角型青光眼患者临床资料,根据病情发展阶段不同分为A组（早期开角型青光眼,43例）、B组（中晚期开角型青光眼,43例）,比较两组各部位神经节细胞复合体（GCC）、黄斑区视网膜神经纤维层（mRNFL）、黄斑区神经节细胞层+内丛状层（GCIP）、视盘周围神经纤维（pRNFL）厚度。结果 A组mRNFL、GCIP、GCC上方、下方厚度均大于B组,pRNFL上方、下方、鼻侧、颞侧厚度均大于B组,差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 三维OCT用于开角型青光眼的早期诊断能够较好的呈现出视网膜神经纤维层变薄的范围和区域,且不同病情发展阶段的mRNFL、GCIP、GCC、pRNFL存在较大差异,能够为疾病的评估提供较为明确的依据。     

定量血管内光学相干层析成像的研究进展

血管内光学相干层析成像(IVOCT)是目前分辨率最高的血管内成像技术,可对冠状动脉血管腔及管壁内膜下病变进行快速、清晰的成像。仅根据组织结构的层析图像无法精确识别粥样硬化斑块成分(如钙化、纤维化、脂质和混合斑块),需要形态结构之外的生理信息的对比机制,获得具有临床诊断价值的组织参数,即定量IVOCT(qIVOCT)。本文针对根据IVOCT原始背向散射信号和灰阶图像定量测量血管壁组织的光学特性参数、弹性参数和血流动力学参数的研究现状进行归纳和总结,分析目前存在的问题,展望可能的发展方向。     

3D生物打印甲基丙烯酰化明胶水凝胶支架促进软骨下骨缺损的修复

背景：软骨下骨在关节正常生理活动中发挥着重要作用,一旦损伤就难以修复,而传统的骨水泥和自体骨移植治疗方式存在一定的局限性。目的：探讨以骨髓间充质干细胞或软骨祖细胞作为种子细胞,利用3D生物打印技术将其包封于甲基丙烯酰化明胶水凝胶支架中修复软骨下骨缺损的有效性。方法：利用纤连蛋白分选获得兔软骨祖细胞,利用全骨髓贴壁法获得兔骨髓间充质干细胞,对比两种细胞的增殖能力及成骨、成软骨、成脂分化能力。通过3D生物打印技术分别制作负载骨髓间充质干细胞与软骨祖细胞的甲基丙烯酰化明胶水凝胶支架,成骨诱导培养后,活死染色分析支架中的细胞存活率,qRT-PCR检测支架的成骨基因表达。在16只新西兰大白兔双侧膝关节处制备直径5 mm、深度5 mm的软骨下骨骨缺损,分4组,A组不做处理,B组植入甲基丙烯酰化明胶水凝胶支架,C组植入负载骨髓间充质干细胞的水凝胶支架,D 组植入负载软骨祖细胞的水凝胶支架,术后6,12周进行骨缺损区Micro-CT扫描与组织学观察。结果与结论：①骨髓间充质干细胞的增殖能力及成骨和成脂分化能力强于软骨祖细胞,成软骨分化能力弱于软骨祖细胞;②水凝胶支架中的两种细胞均表现出良好的生存能力,并且支架中骨髓间充质干细胞的成骨相关基因骨钙素、骨桥蛋白、Runx-2 mRNA表达均高于软骨祖细胞(P < 0.05);③动物体内修复实验Micro-CT扫描显示,C组骨组织形成最多,术后12周可见骨小梁结构形成,新生骨形态与周围的天然松质骨类似;A、B组新生骨组织最少;番红快绿结果显示,术后6周时,仅C、D组软骨下骨区域有少量新骨生成;术后12周时,A、B组开始有骨基质生成,C组显示出软骨下骨的大量修复且新骨生成量多于D组;④结果表明,骨髓间充质干细胞与3D生物打印的甲基丙烯酰化明胶水凝胶是适合于骨组织工程的种子细胞与支架材料。缩略语：甲基丙烯酰化明胶：methylacrylated gelatin,GelMA;骨髓间充质干细胞：bone marrow mesenchyml stem cells,BMSCs;软骨祖细胞：chondroprogenitor cells,CPCshttps://orcid.org/0000-0003-4856-4270 (路冬冬) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

Impact of Statin Treatment on Strut Coverage after Drug-Eluting Stent Implantation

Purpose

To evaluate the effect of statin treatment on strut coverage after drug-eluting stent (DES) implantation.

Materials and Methods

In this study, 60 patients were randomly assigned to undergo sirolimus-eluting stent (SES) or biolimus-eluting stent (BES) implantation, after which patients were randomly treated with pitavastatin 2 mg or pravastatin 20 mg for 6 months. The degree of strut coverage was assessed by 6-month follow-up optical coherence tomography, which was performed in 52 DES-implanted patients.

Results

The percentages of uncovered struts were 19.4±14.7% in pitavastatin-treated patients (n=25) and 19.1±15.2% in pravastatin-treated patients (n=27; p=0.927). A lower percentage of uncovered struts was significantly correlated with a lower follow-up low-density lipoprotein (LDL) cholesterol level (r=0.486; p=0.009) and a greater decline of the LDL cholesterol level (r=-0.456; p=0.015) in SES-implanted patients, but not in BES-implanted patients. In SES-implanted patients, the percentage of uncovered struts was significantly lower among those with LDL cholesterol levels of less than 70 mg/dL after 6 months of follow-up (p=0.025), but no significant difference in this variable according to the follow-up LDL cholesterol level was noted among BES-implanted patients (p=0.971).

Conclusion

Lower follow-up LDL cholesterol levels, especially those less than 70 mg/dL, might have a protective effect against delayed strut coverage after DES implantation. This vascular healing effect of lower LDL cholesterol levels could differ according to the DES type.     

Novel imaging approaches in adult asthma and their clinical potential

Currently, imaging in asthma is confined to chest radiography and CT. The emergence of new imaging techniques and tremendous improvement of existing imaging methods, primarily due to technological advancement, has completely changed its research and clinical prospects. In research, imaging in asthma is now being employed to provide quantitative assessment of morphology, function and pathogenic processes at the molecular level. The unique ability of imaging for non-invasive, repeated, quantitative, and in vivo assessment of structure and function in asthma could lead to identification of ‘imaging biomarkers’ with potential as outcome measures in future clinical trials. Emerging imaging techniques and their utility in the research and clinical setting is discussed in this review.     

Quantitative Measurement of Blood Flow Dynamics in Embryonic Vasculature Using Spectral Doppler Velocimetry

The biophysical effects of blood flow are known to influence the structure and function of adult cardiovascular systems. Similar effects on the maturation of the cardiovascular system have been difficult to directly and non‐invasively measure due to the small size of the embryo. Optical coherence tomography (OCT) has been shown to provide high spatial and temporal structural imaging of the early embryonic chicken heart. We have developed an extension of Doppler OCT, called spectral Doppler velocimetry (SDV), that will enable direct, non‐invasive quantification of blood flow and shear rate from the early embryonic cardiovascular system. Using this technique, we calculated volumetric flow rate and shear rate from chicken embryo vitelline vessels. We present blood flow dynamics and spatial velocity profiles from three different vessels in the embryo as well as measurements from the outflow tract of the embryonic heart tube. This technology can potentially provide spatial mapping of blood flowand shear rate in embryonic cardiovascular structures, producing quantitative measurements that can be correlated with gene expression and normal and abnormal morphology. Anat Rec, 2009. © 2008 Wiley‐Liss, Inc.     

Creating perfused functional vascular channels using 3D bio-printing technology

We developed a methodology using 3D bio-printing technology to create a functional in vitro vascular channel with perfused open lumen using only cells and biological matrices. The fabricated vasculature has a tight, confluent endothelium lining, presenting barrier function for both plasma protein and high-molecular weight dextran molecule. The fluidic vascular channel is capable of supporting the viability of tissue up to 5 mm in distance at 5 million cells/mL density under the physiological flow condition. In static-cultured vascular channels, active angiogenic sprouting from the vessel surface was observed whereas physiological flow strongly suppressed this process. Gene expression analysis was reported in this study to show the potential of this vessel model in vascular biology research. The methods have great potential in vascularized tissue fabrication using 3D bio-printing technology as the vascular channel is simultaneously created while cells and matrix are printed around the channel in desired 3D patterns. It can also serve as a unique experimental tool for investigating fundamental mechanisms of vascular remodeling with extracellular matrix and maturation process under 3D flow condition.     

A newly formed and ruptured atheromatous plaque within neointima after drug-eluting stent implantation: 2-year follow-up intravascular ultrasound and optical coherence tomography studies

Late stent thrombosis (LST) which is a life threatening complication has emerged as a serious problem of drug-eluting stents (DES). Several studies have suggested that incomplete neointimal coverage of stent struts contributes to LST. Progressive atherosclerosis within the neointima is an another possible cause of LST, but this phenomenon has seldom been reported in DES. We present a case of LST following DES implantation after a period of 28 months due to ruptured atheromatous plaque, despite complete neointimal coverage of stent struts proven by optical coherence tomography.