生物3D打印带纤维微球：三维共培养新思路

3D biofabrication of microfiber-laden minispheroids a facile 3D cell co-culturin.pdf

背景：在实际的生物体中，许多组织都是由球状结构和纤维结构组成，而不是由单一类型的结构组成。为了模拟体内这些组织中的细胞相互作用，需要探讨如何在体外​​建立具有不同结构类型的异质组织模型。

摘要：由球体和纤维结构组成的异质组织，例如肿瘤，胚胎和肾小球等，广泛存在于生物体中。作为体外组织模型，已经开发了独立构建球状和纤维结构的方法。然而，同时打印它们并进行集成以更真实的模仿体内环境仍有很多工艺有待解决。EFL团队提出了一种3D细胞共培养新思路——负载纤维的水凝胶微球。该技术应用同轴生物打印和电喷墨技术，并利用多组分流体流动时的“悬绳效应”，实现了带复杂纤维结构的微球制造，并将其应用于三维共培养。

相关工作以题为“3D Biofabrication of Microfiber-Laden Minispheroids: A Facile 3D Cell Co-Culturing System”在Biomaterials Science 上在线发表。谢明君博士为第一作者，浙江大学机械工程学院贺永教授为通讯作者。

http://doi.org/10.1039/C9BM01189G

这种三维共培养微球通过同轴生物3D打印结合电流体喷墨实现不同结构的形态及尺寸控制。GelMA生物水凝胶以其优异的特性被选作为该共培养系统的基本材料。纯GelMA从外喷头流出，形成球状结构。GelMA与海藻酸钠混合（用于增加粘度）从内喷头流出，在球体内形成纤维结构。

图1 制造原理图

为了深入分析两相流体的流动状态，使用高速摄像机观察了该结构的基本制造过程。由此，文章详细分析了其制备过程以及对纤维和球尺寸影响的参数，证实了该策略的制备可行性。

图2 电场作用下液滴状态及产球频率

图3 载纤维迷你球结构及尺寸分布

此外，在这种制造方法中，纯GelMA溶液以及混合未交联海藻酸钠的GelMA溶液被用于构建封装细胞的微环境。考虑到材料系统将对细胞生长和功能化产生重大影响，文章详细研究了该材料体系的各项性能。发现该材料系统具有良好的SEM形貌，降解曲线，孔面积分布和压缩特性。值得注意的是，与未交联的藻酸钠混合的GelMA显示出比纯GelMA大得多的孔隙，为物质交换和细胞生长提供了更大的空间。

图4 材料体系理化特性表征

最后，我们证明了HUVECs和MDA-MB-231s细胞在该结构中能保持较高的生存能力。重要的是，转染的HUVECs与MDA-MB-231s在共培养的条件下表现出明显的相互作用。在肿瘤细胞的影响下，HUVECs的肌动蛋白逐渐延长。经过十三天的培养后朝向肿瘤细胞生长，而HUVEC单独培养时并没有表现出相同的现象。

图5 内皮细胞与肿瘤细胞在共培养体系中的存活情况

图6 内皮细胞与肿瘤细胞在共培养体系中的F-Actin及DAPI染色