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生物打印以其快速、精準、個性化等優點在組織構建中逐漸展現優勢。相對于實體組織打印，復雜空腔組織的打印構建，對于可打印水凝膠材料生物相容性、力學強度、打印可塑性等特性的要求更加嚴格。對于空腔組織或器官的不同亞層結構，如何準確構建、打印管腔結構以及如何維持中空管道功能等問題，尚面臨諸多挑戰。

上海交通大學皮慶猛博士在哈佛博士后工作期間， 在哈佛大學醫學院Yu Shrike Zhang教授指導下，與同事一起自行設計了一種新型同軸多通道生物打印系統（MCCES）（如圖1），以實現空腔組織或器官不同亞層結構的構建。實驗證實，將優化的復合水凝膠復合細胞后，可以借助這一新型打印系統實現一次性同步區分打印不同亞層結構，滿足不影響細胞活力的前提下，增強管腔結構一定的力學強度，并精準同步打印具有2層（或2層以上）亞層結構的空腔組織。這項研究為體外構建復雜空腔組織或器官提供了新的方法，也得到國際同行的認可，該項工作日前正式發表在國際生物材料領域頂級期刊Advanced Materials（最新影響因子21.95）。

圖1.同軸多通道生物打印系統快速構建空腔管狀結構。（圖片來自Advanced Materials）

  研究者自行研制新型的同軸多通道打印系統，分別同步構建內、外亞層結構，實現了準確構建不同亞層的設想（如圖2）。采用Alginate+GelMA+PEGOA混合水凝膠，利用鈣離子交聯、聯合光敏交聯固化的方法，增加打印過程中的復層管型結構的可塑性。研究證實，打印后空腔結構具有良好的灌注功能。

圖2.打印空腔管狀結構水平面及橫斷面鏡下觀。（圖片來自Advanced Materials）

圖3.單層雙層空腔管狀結構可調節性。（圖片來自Advanced Materials）

  通過控制系統實現，單層結構、雙層結構在同一根管腔結構反復切換的設想（如圖3）。將血管細胞（內皮細胞、平滑肌細胞）、尿道細胞（上皮細胞、平滑肌細胞）分別與復合水凝膠混合后，利用MCCES打印復層管腔組織，體外培養發現，細胞活力在80%以上，細胞在水凝膠支架材料上可以充分鋪展生長，表達血管內皮細胞（CD31/VE-Cadherin)和血管平滑肌細胞（SMA）等特異標志物。

  該項工作首次采用自行研發的同軸多通道生物打印系統（MCCES）可調控性構建復雜空腔組織設計理念，實現了不同亞層結構一次性同步準確構建的設想。實驗證實血管、尿道等空腔組織可以通過該新型設計系統，快速構建含有不同功能細胞的復層空腔結構。該研究系統有望用于實現復雜空腔組織或器官的精準構建，體外血管、腸道、泌尿系統等空腔臟器疾病模型模擬、藥物篩選、組織移植替代物等諸多領域。

  該工作日前發表于生物材料領域頂級期刊Advanced Materials, 由哈佛大學醫學院Yu Shrike Zhang課題組完成。加州大學洛杉磯分校Ali Khademhoseini教授為共同通訊作者。論文第一作者為哈佛大學博士后皮慶猛博士，來自上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院整形外科。共同作者還包括哈佛大學博士后Sushila博士, 南京大學燕翔博士，及北京航空航天大學劉肖博士。

論文鏈接：

  Qingmeng Pi, Sushila Maharjan, Xiang Yan, Xiao Liu, Bijay Singh, Anne Metje van Genderen, Felipe Robledo-Padilla, Roberto Parra-Saldivar, Ning Hu, Weitao Jia, Changliang Xu, Jian Kang, Shabir Hassan, Haibo Cheng, Xu Hou, Ali Khademhosseini, Yu Shrike Zhang. Digitally Tunable Microflidic Bioprinting of Multilayered Cannular Tissues. Advanced Materials 2018 August 

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201706913