生物3D打印技术用于功能性骨骼肌3D组织构建的研究进展

骨骼肌作为机体运动系统的重要组成,对维持运动功能不可或缺。然而,体积性骨骼肌缺失(VML)所致运动功能丧失严重限制了机体的活动能力,并伴随多种并发症。当前,临床对VML的治疗主要依赖于移植手术,但其受限于供体部位发病率、供体组织缺乏以及对高技能手术团队的依赖。鉴于此,生物3D打印技术凭借其高效精准的特点,为功能性肌肉的制造以及VML的再生修复开辟了新的途径。综述了生物3D打印技术在功能化骨骼肌组织构建方面的研究现状,回顾了生物3D打印的多种技术方案,探讨了生物墨水在功能性肌肉构建中的应用进展。重点讨论了该技术在构建血管化和神经化骨骼肌仿生组织方面的最新方法,总结了各种3D打印构建的功能化骨骼肌结构对骨骼肌缺损修复的作用,最后分析了现有技术的局限性,展望了生物3D打印功能化骨骼肌结构领域的发展趋势.

舌下神经植入组织工程骨骼肌的体内实验研究

目的构建高表达胶质源性神经营养因子(glial cell derived neurotrophic factor,GDNF)的成肌细胞(myoblast,Mb)并作为种子细胞,以去细胞胶原海绵为支架,体内构建组织工程骨骼肌,观察构建组织能否与舌下神经断端发生连接。方法取7只2日龄雄性Lewis大鼠四肢肌肉体外分离培养Mb,采用携带GDNF基因的重组腺病毒Ad-GDNF转染第3代Mb(MbGDNF)。将Mb及MbGDNF与去细胞胶原海绵支架体外复合培养构建细胞支架复合物,24 h后扫描电镜观察细胞黏附情况。取8周龄雌性Lewis大鼠54只,解剖分离舌下神经,取1.0～1.5 cm舌下神经离断其远心端,用Mb支架复合物(Mb组,n=27)和MbGDNF支架复合物(MbGDNF组,n=27)包裹并固定其近心端,术后1、6及12周分别行HE染色,myogenin、slow skeletal myosin及乙酰胆碱受体α1(actylcholine receptorα1,AchRα1)免疫组织化学染色检测植入物生长情况,并行霍乱毒素B标记的过氧化物酶逆行示踪染色检测损伤后舌下神经核运动神经元存活情况。结果构建的MbGDNF能高表达转染基因。Mb及MbGDNF在支架上黏附和生长状态良好。HE染色:术后12周,两组植入物与周围组织紧密连接,有新生肌纤维从周围正常肌组织长入,与正常组织分界渐不明显。免疫组织化学染色:术后1、6及12周均可检测到细胞质呈myogenin及slow skeletal myosin阳性的肌源性细胞,以及AchRα1呈弥散性阳性细胞。Y染色体染色阳性细胞随时间延长而减少。术后1、6及12周,MbGDNF组阳性标记的神经元数量分别为261.0±6.6、227.3±8.5及173.3±9.1;Mb组分别为234.7±5.5、196.0±13.5及166.7±11.7;术后1、6周MbGDNF组神经元数量多于Mb组(P<0.05),术后12周两组差异无统计学意义(P>0.05)。结论构建的组织工程骨骼肌与舌下神经断端发生了直接物质联系,MbGDNF产生的重组GDNF能通过逆行运输方式保护损伤后舌下神经核团内运动神经元的存活。

生物3D打印在大面积骨骼肌损伤中应用研究进展

骨骼肌在人体运动系统中发挥至关重要的作用,大面积骨骼肌损伤(volumetric muscle loss,VML)往往会超过骨骼肌自身再生恢复能力,从而导致骨骼肌功能障碍。目前临床治疗方法无法完全恢复损伤的骨骼肌组织及功能,因此,骨骼肌组织工程(skeleton muscle tissue engineering,SMTE)为VML等严重肌病损伤提供了可行的治疗方案。本文将综述骨骼肌组织工程应用3D生物打印技术治疗骨骼肌损伤的研究现状,回顾常用的3D生物打印技术及生物材料/墨水,并总结了近年3D生物打印支架在SMTE的应用进展。此外,血管化和神经再生对骨骼肌修复至关重要,本文将进一步探讨骨骼肌生物打印的血管化及神经连接策略及研究进展,讨论该领域的未来发展及挑战,以期为骨骼肌损伤修复的临床治疗提供参考。

骨骼肌组织工程支架材料的研究进展

目的综述骨骼肌组织工程支架材料的研究现状,展望骨骼肌组织工程支架材料的发展方向。方法查阅近年来关于骨骼肌组织工程支架材料的相关文献,并从骨骼肌组织工程支架材料的种类、特性、制备技术、生物相容性等方面进行回顾及综合分析。结果骨骼肌组织工程支架材料种类繁多,大致可分为无机生物材料、生物可降解合成高分子材料、天然可降解生物材料和复合材料等4种,对不同特性的支架材料,制备工艺不同,制备出的支架各有其结构和功能优势,可根据不同的研究需求进行选择。结论复合材料的应用、复合支架的制备以及根据支架材料所需特定功能对其表面进行改性,是骨骼肌组织工程支架材料应用的发展方向。

两种不同来源成肌细胞存活率的比较研究

目的测定和比较两种不同组织来源的骨骼肌成肌细胞的存活率,为组织工程化骨骼肌种子细胞的选择提供参考。方法将两种不同组织来源的第3代成肌细胞接种到24孔板和96孔板中,在1、3、5、7、9d将两种组织来源的成肌细胞分别从24孔板中随机取出5个孔和从96孔板中随机取出10个孔的细胞。将从24孔板取出的细胞置于细胞活力分析仪行细胞存活率的测定。将从96孔板取出的细胞采用MTT法检测细胞增殖活力,测吸光值(OD)。采用细胞存活率的平均值和OD值绘制细胞生长曲线,了解细胞生长情况。结果从骨骼肌中培养的成肌细胞,MTT法测得7d的OD值最高,为0.8153;细胞活力分析仪测定的细胞存活率7d时也最高,为92.06%。采用骨髓间充质干细胞经5-Aza诱导所得到的成肌细胞,MTT法测得7d的OD值最高,为0.6358;细胞活力分析仪测定的细胞存活率7d时也最高,为67.77%。从骨骼肌中培养的成肌细胞的存活率高于骨髓间充质干细胞经5-Aza诱导所得到的成肌细胞存活率(P<0.05)。结论从骨骼肌来源的成肌细胞更适合作为组织工程化骨骼肌的种子细胞。