噴墨打印用于病理和藥理研究的肺泡模型

供稿人:焦天，連芩 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

近些年呼吸系統(tǒng)疾病頻發(fā)，尤其是2020年初爆發(fā)的新型冠狀病毒肺炎肆虐全球，造成大量的死亡，現(xiàn)在仍然影響著老百姓正常的生產(chǎn)和生活。為了便于研究呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病機理和相應藥物的治療效果，目前迫切需要制造生理上與人體呼吸系統(tǒng)組織類似的病理和藥理研究模型。最近浦項科技大學Dayoon Kang等人在呼吸系統(tǒng)模型的研究上有了突破性進展，該團隊通過噴墨生物打印的方法制造了在結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能上與人體肺泡類似的三層結(jié)構(gòu)肺泡模型。這一研究結(jié)果發(fā)表在《Advanced Science》雜志上。

肺泡模型的打印過程如圖1a所示。首先將人肺微血管內(nèi)皮細胞（HULEC-5a，6×106個細胞/ml）打印在transwell培養(yǎng)小室中作為肺泡的內(nèi)皮層，使用含100KIU抑肽酶的MCDB131培養(yǎng)液培養(yǎng)24小時；之后在內(nèi)皮層上打印包含肺成纖維細胞（MRC5，3×106個細胞/ml）的去端肽膠原（0.3%w/v）墨水作為肺泡的基底膜，打印過程中墨盒和噴嘴的溫度保持在4℃，避免膠原成膠堵塞噴孔。打印后基底膜后在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24小時，同時膠原在37℃完成固化；接下來在基底膜上面打印了I性肺泡細胞（NCI-H1703，6×106個細胞/ml）和Ⅱ型肺泡細胞（NCI-H441，6×106個細胞/ml）混合墨水作為肺泡的上皮層，之后氣液培養(yǎng)14天。

圖1 （a）噴墨打印肺泡模型示意圖和（b）打印后的組織形態(tài)

該團隊評價了打印后細胞的存活率和最終制造的肺泡模型的屏障功能、組織結(jié)構(gòu)和流感病毒的反應能力。結(jié)果表明，四種細胞在打印后均表現(xiàn)出90%以上的存活率。肺泡模型在培養(yǎng)14天之后形成了與人肺泡相似的組織結(jié)構(gòu)、屏障功能。研究的肺泡模型表現(xiàn)出對流感病毒的組織級別反應。 該研究證明了噴墨打印技術(shù)具備制造薄層組織模型的能力。3D打印的肺泡模型具備與人體類似的生理功能，有望用于呼吸系統(tǒng)疾病的病理研究和藥物測試。

參考文獻：
Kang D, Park J A, Kim W, et al. All-Inkjet-Printed 3D Alveolar Barrier Model with Physiologically Relevant Microarchitecture. Advanced Science. 2020; 8(10): 2004990.（DOI：10.1002/advs.202004990）