江苏激光联盟导读：

3D生物打印可以创建模仿天然组织的工程支架。控制那些工程支架中的细胞组织以进行再生应用是一个复杂而具有挑战性的过程。

大多数组织中的细胞在其空间分布和排列方面表现出高度的组织性。这种组织化的体系结构对于成熟过程中适当的细胞发育以及成熟组织的功能至关重要。因此，用于组织工程的生物制造的细胞支架需要模仿这种细胞结构来复制天然组织的行为。在此之前的研究已经采用了各种化学或拓扑表面构图方法来提供控制细胞排列的线索，但是这些方法限于2D培养并且无法转化为现实的体内条件。研究人员还致力于制造具有可控的空间分布和细胞定向排列的3D支架，以用于各种组织工程应用。3D支架中的细胞排列可以使用与2D细胞对齐中当前使用的化学和拓扑构图方法相似的化学方法和拓扑图方法进行指导。例如，来自多伦多大学的研究人员使用聚焦的激光束在3D水凝胶支架内部图案化生物活性分子，从而沿所需方向诱导细胞伸长。此外，来自哈佛医学院和麻省理工的研究人员还证明了通过微成型或光刻技术将细胞限制在尺寸足够小的结构中，可以引导细胞沿结构的边界延伸。通过施加外部刺激，例如静态和动态机械应力或电脉冲，也可以调节细胞排列。尽管这些方法已成功地制造出了小型化的组织模型，但它们仍受到严重的局限性，例如设置复杂性、外部电场对细胞的负面影响、有限的结构尺寸、多步制造工艺以及低通量，这给它们的临床转换转换带来了严峻的挑战。

在该研究中，研究人员通过创建具有内部基于水凝胶的分隔纤维来指导组织成熟过程中的细胞生长和组织，从而解决了这一挑战。以指导组织成熟过程中的细胞生长和组织。在更大范围内控制纤维直径的同时，每个隔室的尺寸也可以很容易地调整到细胞可识别的尺寸，以允许纤维内细胞排列的有效方向。该团队使用静态混合技术来制造由不同水凝胶的填充微丝形成的条纹水凝胶纤维。在这种结构中，一些隔室为细胞增殖提供了有利的环境，而其他隔室则充当指导细胞排列的形态学线索。具有微米级拓扑结构的毫米级打印纤维可以迅速组织细胞，使工程组织更快地成熟。

UConn Health生物工程的合著者、副教授Ali Tamayol表示该方法基于两个原则。形貌的形成是基于喷嘴内流体的设计和两种独立前体的受控混合。交联后，两种材料的界面充当3D表面，为封装在细胞允许隔间内的细胞提供形貌线索。

▲图2. 多隔室水凝胶纤维的表征

为了证明该方法的潜力，他们研究了这种生物预制结构对肌肉细胞生长、形态和功能的影响。该方法可以轻松地应用于各种基于纤维的组织工程方法，包括3D生物打印和生物织品制造，以控制细胞组织，促进生物仿生结构的生物制造。