文献信息
- 标题: A 3D Bioprinted Cortical Organoid Platform for Modeling Human Brain Development
- 期刊: Advanced Healthcare Materials, 2024, 13: 2401603
- DOI: 10.1002/adhm.202401603
- 作者: Melissa A. Cadena, Anson Sing, Kylie Taylor, Linqi Jin, Liqun Ning, Mehdi Salar Amoli, Yamini Singh, Samantha N. Lanjewar, Martin L. Tomov, Vahid Serpooshan, Steven A. Sloan
- 机构: Emory University, Georgia Institute of Technology, Cleveland State University
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核心科学问题
脑类器官是研究人类神经发育和神经精神疾病的重要体外模型，但现有的类器官培养无法精确控制细胞外基质（ECM）的物理特性和空间结构。发育中的大脑 ECM 主要由糖胺聚糖、蛋白聚糖和层粘连蛋白组成，其硬度直接影响神经祖细胞增殖、分化、迁移和回路连接。如何实现类器官 ECM 特性的精确调控，是该领域的关键挑战。
技术方案
嵌入式 3D 生物打印：将 GelMA 生物墨水打印到 0.5% Carbopol 支撑水凝胶中，实现高保真度打印（16 个支架/90 分钟）。
支架设计：
- 顶部通道（3 mm 直径）：用于手动加载类器官
- 4 个互联侧通道（1 mm 直径）：用于引入血管化
- GelMA 浓度 10%（w/v），甲基丙烯酰取代度 84.47%
工作流程：打印支架 → 加载类器官 → GelMA 浇注 → UV 交联 → 长期培养。侧通道可预先接种血管细胞（HUVECs），实现类器官-内皮细胞共培养。
实验数据
打印保真度和机械性能
- strand 直径比 0.96 ± 0.05，角度比 1.02 ± 0.04
- 支架硬度反映发育中人脑 ECM 特性
- 孔径分布均匀，支持营养扩散
类器官长期培养
- 打印 GelMA 支架支持类器官长期健康培养
- 神经外胚层分化正常（神经祖细胞、神经元、星形胶质细胞）
- 细胞活力和增殖指标正常
血管化能力
- HUVECs 可在打印的微通道中内皮化
- 内皮细胞能迁移并浸润到嵌入的类器官中
- 为未来灌注系统接入提供基础
创新点
- 嵌入式 3D 生物打印类器官支架：首次在 GelMA 微通道支架中培养皮质类器官
- 高通量生产：90 分钟打印 16 个支架，实现可重复的规模化生产
- 血管化平台：侧通道设计支持内皮细胞共培养，为类器官血管化提供可控途径
- ECM 特性可调：GelMA 浓度和交联条件可调，模拟不同发育阶段的脑 ECM
学术启示
该平台为研究人类大脑发育过程中的 ECM-细胞互作、血管-神经互作提供了精确可控的体外模型。对于神经发育障碍（如自闭症、精神分裂症）和神经退行性疾病研究具有重要价值。
设备信息
- 技术：Embedded 3D bioprinting + GelMA bioink + Carbopol 支撑浴 + hESC 衍生皮质类器官 + HUVEC 共培养
- 应用：人脑发育建模、类器官血管化研究、药物筛选
联系人｜李东伟
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🌐 主页：https://www.biokingdom.top