脂肪干细胞与PODS®生长因子递送系统协同的同轴3D生物打印血管构建
Sushma Priya, Ashleigh S. Boyd, Abril Torres-Bautista, Prasad Sawadkar, Ash Mosahebi, Subha Narayan Rath, Deepak M. Kalaskar | Chemical Engineering Journal 2024 | 10.1016/j.cej.2024.152934
标签: #3D生物打印 #血管组织工程 #脂肪干细胞 #PODS递送系统 #同轴挤出 #生物材料
一、做什么 🔬
研究背景：临床小直径血管（<6 mm）移植长期受限于合成材料易引发血栓与内膜增生、自体血管供体短缺两大痛点。传统组织工程血管依赖原代内皮细胞与平滑肌细胞共培养，细胞扩增周期长、免疫原性高，且常规游离生长因子（VEGF-165、TGF-β1）半衰期仅数小时，难以在3D支架中维持定向诱导浓度。
核心问题：
- 能否利用PODS®微晶递送系统实现生长因子的长效缓释并驱动脂肪干细胞高效分化为内皮与平滑肌细胞？
- 同轴3D生物打印结合牺牲模板技术能否构建出具备双层管状结构、力学达标且血液相容的功能性血管移植物？
研究模型：人源脂肪间充质干细胞（ADSCs）体外诱导体系 + VascuBiomatrix™/Pluronic F127同轴3D打印血管模型 + 鸡胚绒毛尿囊膜（CAM）体内血管化模型。
技术路线：
- PODS®微晶制备：将VEGF-165与TGF-β1共表达封装于多角体蛋白晶体中，构建微米级缓释库。
- 干细胞定向分化：体外添加VEGF-165 PODS®预分化内皮细胞（dECs），在生物墨水中共混TGF-β1 PODS®实现打印后原位诱导平滑肌细胞（dSMCs）。
- 同轴挤出成型：以含ADSCs+TGF-β1 PODS®的VascuBiomatrix™为外层，Pluronic F127为牺牲内芯，挤出双层管状结构并低温固化。
- 多维功能验证：流式细胞术/免疫荧光/RT-PCR验证表型；拉伸与爆破压测试评估力学；溶血实验与CAM实验验证血液相容性与促血管生成能力。
二、发现什么 📊
核心发现1：PODS®长效递送系统驱动ADSCs高效定向分化并维持增殖活性
图1：PODS®微晶递送系统使ADSCs在7天内实现73.8%内皮化（CD31+）与70.3%平滑肌化（α-SMA+），细胞存活率全程维持在90%以上，DNA含量在14天内翻倍。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 将ADSCs分为对照组、VEGF-165 PODS®组与TGF-β1 PODS®组，进行Live/Dead染色、PicoGreen DNA定量、流式细胞术（FACS）及免疫荧光染色，评估7-14天内的细胞存活、增殖与分化效率。 |
| 发现什么 | 第1天与第7天各组存活率均>90%；第7天流式检测显示dECs中CD31阳性率达73.8%，CD14达77.2%，MSC标志物CD90降至8.3%；dSMCs中α-SMA阳性率达70.3%，肌球蛋白重链达61.5%，CD90降至18%；PicoGreen显示第14天DNA含量较第1天翻倍（p<0.001）。 |
| 说明什么 | 传统游离生长因子易快速降解导致分化不完全，PODS®微晶作为物理缓释库解决了半衰期短的痛点，在维持干细胞高增殖活性的同时实现7天内>70%的定向转化，为后续同轴打印中“外层原位诱导平滑肌、内层预分化内皮”的时空精准调控提供了物质基础。 |
三、说明什么 💡
领域意义：过去构建小直径血管移植物高度依赖原代细胞分离与短期生长因子脉冲刺激，导致内皮化不完全、平滑肌层易凋亡脱落。本研究将PODS®长效递送与同轴打印结合，确立了“干细胞原位定向分化+牺牲模板成型”的新范式，将血管构建周期从数周压缩至7-14天，并实现了管壁双层表型的稳定维持，为组织工程血管的标准化制造提供了可复制的工艺路径。
临床/转化价值：
- 解决小直径血管（<6 mm）移植后血栓与内膜增生难题，提供自体ADSCs来源的个性化移植物方案，规避异体免疫排斥。
- PODS®技术可拓展至其他组织工程领域（如软骨、神经、心肌），实现多种生长因子的按需时空释放与剂量精准控制。
- 同轴打印工艺具备临床转化潜力，可通过调整生物墨水配比与打印参数适配不同患者血管直径与血流动力学需求。
与我们产品的关联：该研究依赖高精度同轴挤出、细胞活性维持与动态功能验证。我们的Cellink BIO X6可直接复现其同轴打印工艺；Celvivo微流控灌注系统可模拟体内血流剪切力验证移植物抗血栓性能；3Brain HD-MEA可用于打印后血管内皮电生理屏障的动态监测；SIEVEWELL适用于PODS®浓度梯度的快速分化条件优化。
与我们的产品
| 产品 | 关联度 | 应用场景 |
|---|---|---|
| Cellink BIO X / BIO X6 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 直接替代论文中的同轴挤出模块，实现VascuBiomatrix™/Pluronic F127双层管状结构的精准打印、温控维持与多通道墨水切换。 |
参考文献
- Murphy SV, Atala A. 3D bioprinting of tissues and organs. Nature Biotechnology. 2014. 32(8):773-785. DOI: 10.1038/nbt.2958
- Hinderer S, Layland SL, Schenke-Layland K. Cell and biomaterial-based approaches for vascular tissue engineering. Advanced Drug Delivery Reviews. 2016. 106:1-15. DOI: 10.1016/j.addr.2016.06.006
- Zhang YS, Yue K, Aleman J, et al. 3D bioprinting for engineering complex tissues. Biotechnology Advances. 2016. 34(4):357-368. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2016.03.001
转发语：脂肪干细胞+PODS®长效递送系统，7天搞定双层血管打印，小直径移植物血栓难题有新解法。
联系人：李东伟
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📥 下载原文PDF：Chemical Engineering Journal 2024 血管生物打印