體外大尺寸組織重建的同步生物3D打印方法體外大尺寸組織重建的同步生物3D打印方法78 Synchronous 3D Bioprinting of LargeScale CellLaden Constructs with Nutr.pdf【背景】組織/器官內的血供系統，為組織提供了必須的營養及代謝交換。而組織體外重建時當尺寸200μm，就會超出營養/氧氣的擴散極限，需要構造營養網絡，避免內部營養輸送不暢。目前體外重建最常見的思路是直接打印載細胞多孔結構（從以前的多孔支架打印發展過來），然而由于水凝膠強度弱，導致多孔結構易坍塌，尤其當尺度突破到cm量級時，內部多孔結構很難有效保持（圖1A）。為了在大尺寸組織中構造出有效的營養輸送網絡，我們提出了同步打印策略：即打印單元是一半是載細胞墨水一半是犧牲墨水的水凝膠絲，打印時犧牲單元也能起到支撐，避免打印時的坍塌，待犧牲墨水去除後，即可獲得高質量流道網絡（圖1B）。據此我們實現了超過1cm尺寸活性結構的制造，

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結構具有高保真度的同時，保持了完整有效的流道網絡，促進了細胞在大尺寸結構內發生類體內生長行為，如伸展、遷移、連接及組織新生等。圖1 A) 直接打印載細胞多孔支架及存在的問題 B) 我們設想的載細胞墨水與犧牲墨水同步打印策略及相應的優勢對于同步打印策略，載細胞墨水和犧牲墨水的選擇至關重要。由于GelMA是Gelatin的改性物，

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生物/理化性能上有諸多相似性。因此，借助于Gelatin和GelMA共同的可逆溫敏交聯特性及GelMA的永久光交聯特性，以及它們優越的生物性能，GelMA/Gelatin是作為載細胞材料/犧牲材料完美的同步打印材料組合。為了實現同步打印GelMA/Gelatin，制造含有流道網絡的結構，我們設計了二合一噴頭，基于二合一噴頭的營養流道同步打印策略分三步，

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如圖2所示。第一步：將預凝膠化的明膠和GelMA分別通入二合一噴頭，擠出一半明膠一半GelMA的絲，制造冷凝化臨時三維結構；第二步：將臨時結構置于藍光下，永久光交聯固化GelMA，定型結構。第三步：將打印結構放置在搖床上，37℃環境下動態培養，隨之明膠溶解，流道網絡形成，如圖3所示。由于打印過程使用的是預凝膠化墨水，因此同步打印策略可以打印低濃度墨水，

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使制備的結構具有更高的孔隙率，更利于細胞的生長。圖2 營養流道網絡同步打印策略原理圖3 同步打印流道網絡結構實物圖通過調整不同的明膠和GelMA流量配比，可制備不同尺寸的流道網絡結構，如圖4所示。圖4 控制不同明膠和GelMA流量配比，制備不同尺寸的流道網絡結構此外，同步打印策略中，由于載細胞墨水和犧牲墨水相互協同作用，相互增強了各自的可打印性，能夠容易的實現復雜結構的打印。同時，由于實體結構的自支撐效應，可打印具有較高保證度的三維復雜結構，

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且在結構內的流道網絡保持的較好。如圖5錛6所示。圖5 二維復雜營養流道網絡結構打印圖6 三維復雜營養流道網絡結構打印為了模擬生物體內細胞或細胞外基質組成多樣性，我們還模擬制造了多細胞或多材料組織結構。如圖7，8所示，

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採用多合一噴頭裝置，可以切換多種載細胞材料與犧牲材料進行同步打印。打印時，選擇性的通入目標載細胞材料，同時通入犧牲材料，可以打印出含有流道網絡的多組分組織結構體。圖7 多組分流道網絡結構打印原理圖8 多組分三維營養流道網絡結構為了驗證營養流道網絡的有效性，能促進大尺寸組織結構的功能化，我們打印了含流道網絡的大尺寸載細胞結構體(10 mm × 10 mm × 10 mm)，並觀察結構體內的細胞生長狀況，如圖9錛10所示，細胞在流道網絡結構內逐漸伸展、遷移並連接，驗證了流道網絡的傳輸營養/氧氣的有效性。圖9 培養第7天時，成骨細胞在流道網絡結構內逐漸伸展並連接圖10 培養第7天時，內皮細胞在流道網絡結構內逐漸伸展並連接同步生物打印策略簡單實用有效，促進了細胞的存活、伸展、遷移、連接及組織的新生等一系列類體內細胞生長行為。同時，載細胞墨水和犧牲墨水相互協同作用，增強了各自的打印性能，使得復雜結構的制造更加容易。而且，採用多合一噴頭，可實現含流道網絡的多組分結構的打印，使得多細胞或多細胞外基質的組織結構制造成為可能。此外，這種同步打印策略可以擴展至其他生物性能更優越的材料，如F127/膠原蛋白，F127/基質膠等。 相關論文“Synchronous 3D Bioprinting of Large-Scale Cell-Laden Constructs with Nutrient Networks”近日發表在Advanced Healthcare Materials雜志上。第一作者為邵磊博士生，通訊作者為賀永教授，

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浙二醫院的項美香教授，高慶博士為共同通訊作者。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adhm.201901142Evolution of vascular plants through redeployment of ancient developmental regulatorsFirst author: Kuan-Ju Lu; Affiliations: Wageningen University (瓦赫寧根大學): Wageningen錛 The NetherlandsCorresponding author: Bert De RybelVascular plants provide most of the biomass錛 food錛 and feed on earth錛 yet the molecular innovations that led to the evolution of their conductive tissues are unknown. Here錛 we reveal the evolutionary trajectory for the heterodimeric TMO5/LHW transcription factor complex錛 which is rate-limiting for vascular cell proliferation in Arabidopsis thaliana. Both regulators have origins predating vascular tissue emergence錛 and even terrestrialization. We further show that TMO5 evolved its modern function錛 including dimerization with LHW錛 at the origin of land plants. A second innovation in LHW錛 coinciding with vascular plant emergence錛 conditioned obligate heterodimerization and generated the critical function in vascular development in Arabidopsis. In summary錛 our results suggest that the division potential of vascular cells may have been an important factor contributing to the evolution of vascular plants.維管植物提供地球上大部分的生物量、食物以及飼料，然而對于該傳導組織演化背後的分子創新還不清楚。本文中，作者揭示了異二聚體TMO5/LHW轉錄因子復合物的演化軌蹟，而該復合物是擬南芥中維管細胞增殖的限速因子。這兩個調控因子都起源于維管組織出現之前，甚至要早于現代植物的陸地化。作者進一步顯示TMO5在陸地植物起源時演化出了其現代的功能，包括能夠與LHW二聚化。另外一個創新發生在LHW中，與維管植物出現相吻合，LHW的二聚化變得轉性，並且在擬南芥維管發育過程中發揮重要功能。總的來說，本文的研究結果揭示了維管細胞的分裂潛力可能是促成維管植物演化的重要因素。TMO5/LHW演化模型示意圖。最先，輪藻植物Klebsormidium nitens中的TMO5和LHW蛋白可以形成同源二聚體，但不能夠形成異源二聚體。在陸地植物起源時，苔蘚植物Marchantia polymorpha的TMO5通過其基本結構域（橙色圓圈）中的突變獲得了其現代PRD功能的潛力。同時，TMO5和LHW能夠形成異二聚體，但彼此仍獨立控制發育。維管植物祖先LHW蛋白的一個關鍵創新（以Arabidopsis thalia代表）使得TMO5d蛋白具有專性二聚化，並實現了該二聚體的現代PRD功能。（PRD，periclinal and radial cell divisions，即細胞平週分裂與徑向分裂）通訊：Bert De Rybel (http://www.vib.be/en/research/scientists/Pages/Bert-De-Rybel-Lab.aspx)個人簡介：2009年，根特大學，博士；2010-2014年，瓦赫寧根大學，博士後。研究方向：植物維管組織發育。doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1912470117Journal: PNASFirst Published: December 24錛 2019，