脂肪組織作為重要的內分泌器官，在代謝調節和組織修復中意義重大。然而，當前脂肪組織工程面臨諸多難題。一方面，傳統技術難以模擬其天然結構和實現高細胞密度聚集，像常規懸掛滴法無法滿足細胞外基質相互作用需求，阻礙前脂肪細胞有效分化為功能性脂肪細胞；另一方面，嵌入生物打印時前脂肪細胞易遷移，致使致密細胞環境難以形成，影響脂肪組織的內分泌功能模擬。此外，脂肪組織與其他組織整合的研究較少，限制了對其在代謝穩態和組織修復中作用的深入理解。  
       韓國釜山國立大學的Byoung Soo Kim教授團隊針對這些問題展開研究。他們開發了一種快速組織打印方法，通過流變學和計算分析優化模塊化聚己內酯框架，能在0.3秒內擠出前脂肪細胞負載的生物墨水構建脂肪單元。同時，研制出混合生物墨水限制細胞遷移、促進脂肪細胞成熟，并確定了最佳脂肪單元直徑和空間排列。團隊還將脂肪模塊與真皮模塊整合，驗證了其內分泌功能。體內研究顯示，該組織組件可顯著促進傷口愈合、血管生成和再上皮化。相關工作以“3D Bioprinting‐Assisted Tissue Assembly of Endocrine Adipose Units for Enhanced Skin Regeneration”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。 
 

研究內容
1. 開發流程及關鍵亮點概述，通過流變學和數值評估、生物墨水開發、實驗檢測與分析等研究方法，研究了構建功能性脂肪模塊及組織組件的流程和關鍵要點。結果表明，確定了支撐生物墨水的合適機械性能，開發出能調控細胞遷移和增殖的混合支撐生物墨水，明確了脂肪單元的最佳直徑和空間配置，成功制備脂肪模塊并驗證其在皮膚再生中的作用，為后續研究奠定基礎。

2. 嵌入式組織單元打印的開發，運用實驗測試、數值模擬和細胞染色分析等研究方法，研究了不同濃度支撐生物墨水對脂肪單元形成的影響。結果表明，1%和1.5%濃度的AdECM生物墨水在流變性能上更優，能為細胞提供穩定支撐，形成更規則的球形組織單元；確定0.6%的支撐生物墨水濃度理論上可使組織單元的縱橫比達到0.95，且基于此選擇1%支撐生物墨水濃度進行后續實驗，確保實驗的穩定性和可靠性。

3. 使用含海藻酸鹽的混合支撐生物墨水創建致密細胞環境的嵌入式生物打印，采用細胞培養觀察、定量分析和基因表達檢測等研究方法，研究了海藻酸鹽濃度對前脂肪細胞分布、增殖和分化的影響。結果表明，含0.5%海藻酸鹽的混合生物墨水能有效防止細胞分散，促進局部增殖，顯著上調早期成脂分化標記基因的表達，為構建致密細胞環境、促進成脂分化提供了最佳條件。

4. 開發優化脂肪單元直徑的嵌入式組織單元打印方法，通過調節氣壓控制脂肪單元大小、缺氧檢測和基因表達分析等研究方法，研究了不同大小脂肪單元的缺氧情況及對細胞功能的影響。結果表明，直徑大于900μm的脂肪單元出現明顯中央缺氧，而直徑為600μm的脂肪單元可最大程度減少缺氧并保持細胞功能，確定后續實驗采用該直徑的脂肪單元以確保實驗結果的一致性和可靠性。

5. 基于脂肪單元排列的形態和功能評估，運用細胞培養、基因表達分析、染色觀察和激素水平檢測等研究方法，研究了脂肪單元間距對脂肪生成、細胞形態和內分泌功能的影響。結果表明，較小的脂肪單元間距（小于1000μm）可促進脂質滴形成相關基因的表達，提高細胞密度和脂肪細胞直徑，增強內分泌反應的動態功能，證明適當縮小脂肪單元間距能促進脂肪生成成熟和增強內分泌功能。

6. 使用3D打印輔助傷口劃痕平臺評估脂肪模塊旁分泌信號對傷口愈合的影響，通過構建傷口愈合實驗平臺、細胞培養觀察和基因表達分析等研究方法，研究了脂肪單元的內分泌信號對皮膚細胞遷移和傷口愈合的影響。結果表明，含脂肪單元的實驗組傷口愈合速度明顯快于無脂肪單元組，且近端間距（1000μm）的脂肪單元促進傷口愈合的效果更顯著，其通過上調細胞遷移相關基因的表達，增強細胞遷移和細胞外基質重塑，進而促進傷口愈合。

7. 使用快速組織組裝技術制備的組織組件的體內評估，采用構建組織組件并植入動物模型、組織學染色、激光多普勒灌注成像和免疫組織化學分析等研究方法，研究了含內分泌脂肪單元的組織組件在體內的傷口愈合效果及機制。結果表明，含脂肪單元的組織組件組傷口愈合速度更快，血管化和再上皮化程度更高，其內分泌因子可促進相鄰宿主組織的細胞遷移和增殖，改善血液供應和表皮再生，驗證了該組織組件在增強傷口愈合方面的有效性。

8. 快速組織組裝技術在開發大規模3D復合結構中的潛在應用，通過設計組裝策略、構建3D替代結構和實際組裝實驗等研究方法，研究了快速組織組裝技術在構建復雜組織構建體中的應用潛力。結果表明，該技術可利用螺栓/螺母框架式組裝平臺精確對齊和分層組裝各種模塊，成功創建大規模脂肪 - 血管 - 皮膚結構，展示了技術的適用性和可擴展性，為構建更復雜的組織工程結構提供了新途徑。

研究結論
     本研究開發了一種創新的組織組裝策略和混合生物墨水，用于構建密集的脂肪組織以促進皮膚再生。通過詳細的流變學分析和計算模擬優化了脂肪單元的打印過程，實現了高精度和結構保真度。混合生物墨水的設計有效限制了細胞遷移，促進了密集脂滴的形成，這對脂肪組織的最佳功能至關重要。此外，設計的多功能聚己內酯（PCL）框架能夠將脂肪單元與相鄰的皮膚組織替代物整合。這種工程化復合組織與真皮模塊相結合，有效利用了脂肪組織的內分泌活性，加速了皮膚再生，突顯了該方法在再生醫學中制造大型多細胞復合組織的潛力。盡管本研究引入了包含內分泌組織的新方法，但血管化仍是成功制造三維體積組織構建體的關鍵挑戰。基于此基礎工作，未來將著重拓展該策略，開發管狀血管模塊，以創建更復雜且功能完備的復合組織構建體。

文章來源：
https://doi.org/10.1002/adfm.202419680

(責任編輯：admin)

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