留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

牵张力对三维打印组织血管管腔形成的影响

顾诚 曹高标 张志强 乐颖影 巨积辉 张广亮 俞程浩 左睿 徐驰 侯瑞兴

顾诚, 曹高标, 张志强, 等. 牵张力对三维打印组织血管管腔形成的影响[J]. 中华烧伤与创面修复杂志, 2023, 39(6): 565-572. DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20220903-00377.
引用本文: 顾诚, 曹高标, 张志强, 等. 牵张力对三维打印组织血管管腔形成的影响[J]. 中华烧伤与创面修复杂志, 2023, 39(6): 565-572. DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20220903-00377.
Gu C,Cao GB,Zhang ZQ,et al.Effects of tensile force on the vascular lumen formation in three-dimensional printed tissue[J].Chin J Burns Wounds,2023,39(6):565-572.DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20220903-00377.
Citation: Gu C,Cao GB,Zhang ZQ,et al.Effects of tensile force on the vascular lumen formation in three-dimensional printed tissue[J].Chin J Burns Wounds,2023,39(6):565-572.DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20220903-00377.

牵张力对三维打印组织血管管腔形成的影响

doi: 10.3760/cma.j.cn501225-20220903-00377
基金项目: 

国家自然科学基金青年科学基金项目 31900969

江苏省自然科学基金面上项目 BK20221245

苏州市科技计划项目 SKY2022087

详细信息
    通讯作者:

    张广亮,Email:zgl2020@suda.edu.cn

Effects of tensile force on the vascular lumen formation in three-dimensional printed tissue

Funds: 

Youth Science Foundation Program of National Natural Science Foundation of China 31900969

General Program of Natural Science Foundation of Jiangsu Province of China BK20221245

Suzhou Municipal Science and Technology Plan Program SKY2022087

More Information
  • 摘要:   目的   探讨牵张力对三维打印组织血管管腔形成的影响。   方法   采用实验研究方法。取2020年9月—2021年5月于苏州瑞华骨科医院妇产科生产的3名健康产妇(年龄22~35岁)弃用的脐带组织,提取人脐静脉内皮细胞(HUVEC);取2020年9月—2022年9月于苏州瑞华骨科医院手外科行创面修复术的10例男性患者(年龄20~45岁)的废弃正常皮肤组织,提取人皮肤成纤维细胞(HSF)。鉴定2种细胞后取第4~6代细胞进行后续实验。以HUVEC、HSF为种子细胞,以聚己内酯、明胶、透明质酸、纤维蛋白原为支架材料,借助三维生物打印技术,构建三维打印血管化组织。将间距6、10 mm的聚己内酯支架及无聚己内酯支架的打印组织分别设为6 mm间距聚己内酯组、10 mm间距聚己内酯组和无聚己内酯组。培养4 d,取10 mm间距聚己内酯组打印组织,采用细胞活力检测试剂盒检测细胞存活情况并计算细胞存活率。培养14 d,取3组打印组织,肉眼观察组织形变情况;行免疫荧光染色,观察组织中纤丝状肌动蛋白排列,观测组织血管管腔直径、总长度与分支数。设计并打印另带有微弹簧结构的上述3组组织,培养9 d,根据力-位移曲线测量打印组织所受牵张力。以上实验样本数均为3。对数据行单因素方差分析、Tukey检验。   结果   培养4 d,10 mm间距聚己内酯组打印组织细胞存活率为(91.3±2.2)%。培养14 d,无聚己内酯组打印组织形变不明显,6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组打印组织发生明显形变。培养14 d,无聚己内酯组打印组织纤丝状肌动蛋白的排列无特定方向,而6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组打印组织中纤丝状肌动蛋白的排列具有方向性。培养14 d,6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组打印组织血管管腔直径分别为(6.0±1.3)、(10.8±1.3)μm,均明显大于无聚己内酯组的0 μm( P<0.05),10 mm间距聚己内酯组打印组织血管管腔直径明显大于6 mm间距聚己内酯组( P<0.05);6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组打印组织血管总长度、分支数均明显短/少于无聚己内酯组( P<0.05),10 mm间距聚己内酯组打印组织血管总长度、分支数均明显短/少于6 mm间距聚己内酯组( P<0.05)。培养9 d,6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组打印组织受到的牵张力分别为(2 340±59)、(4 284±538)μN,均明显大于无聚己内酯组的0 μN( P<0.05);10 mm间距聚己内酯组打印组织受到的牵张力明显大于6 mm间距聚己内酯组( P<0.05)。   结论   三维打印支架结构能对打印组织施加不同大小的牵张力,可通过调控牵张力大小调控打印组织的血管管腔直径。

     

  • 1  10 mm间距聚己内酯组打印组织三维生物打印主要过程。1A.打印2条聚己内酯支架;1B.打印明胶层后;1C.打印含HUVEC和HSF的水凝胶后;1D.再次打印2条聚己内酯支架后

    注:HUVEC为人脐静脉内皮细胞,HSF为人皮肤成纤维细胞

    2  10 mm间距聚己内酯组打印组织培养4 d HUVEC和HSF存活情况 倒置荧光显微镜×100。2A、2B.分别为活细胞、死细胞染色;2C.活细胞与死细胞染色重叠图片,细胞存活情况良好

    注:HUVEC为人脐静脉内皮细胞,HSF为人皮肤成纤维细胞;活细胞染色为绿色,死细胞染色为红色

    3  3组打印组织培养14 d形变情况。3A、3B、3C.分别为无聚己内酯组、6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组,图3A打印组织形变不明显,图3B、3C打印组织发生明显形变

    4  3组打印组织培养14 d纤丝状肌动蛋白的排列情况 四甲基异硫氰酸罗丹明-鬼笔环肽-4′,6-二脒基-2-苯基吲哚×100。4A.无聚己内酯组打印组织纤丝状肌动蛋白排列无特定方向;4B、4C.分别为6 mm间距聚己内酯组、10 mm间距聚己内酯组打印组织,纤丝状肌动蛋白排列均具有方向性

    注:纤丝状肌动蛋白阳性染色为红色,细胞核染色为蓝色

    5  3组打印组织培养14 d的CD31阳性新生血管情况 异硫氰酸荧光素-4′,6-二脒基-2-苯基吲哚×100。5A、5B、5C.分别为无聚己内酯组、6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组血管管腔情况,图5A未见血管管腔形成,图5C血管管腔直径明显大于图5B;5D、5E、5F.分别为无聚己内酯组、6 mm间距聚己内酯组和10 mm间距聚己内酯组血管总长度和分支数情况,图5E、5F血管总长度和分支数短/少于图5D,图5F血管总长度和分支数短/少于图5E

    注:CD31阳性染色为绿色

  • [1] StinnerDJ,EdwardsD.Surgical management of musculoskeletal trauma[J].Surg Clin North Am,2017,97(5):1119-1131.DOI: 10.1016/j.suc.2017.06.005.
    [2] XuJ,YinL,CaoS,et al.Application of WALANT technique for repairing finger skin defect with a random skin flap[J].J Orthop Surg Res,2021,16(1):164.DOI: 10.1186/s13018-021-02319-3.
    [3] 周荣,巨积辉,唐林峰,等.带感觉神经的股前外侧穿支皮瓣修复足底皮肤软组织缺损的临床效果[J].中华烧伤杂志,2021,37(5):453-459.DOI: 10.3760/cma.j.cn501120-20200309-00136.
    [4] 黄广涛,魏在荣,黄丽,等.二纵三横法在胸背动脉穿支皮瓣穿支定位及深度创面修复中的临床应用效果[J].中华烧伤与创面修复杂志,2022,38(2):165-169.DOI: 10.3760/cma.j.cn501120-20201207-00519.
    [5] 戚建武,陈邵,孙斌鸿,等.游离背阔肌肌皮瓣联合人工真皮及刃厚皮治疗下肢脱套伤的临床效果[J].中华烧伤与创面修复杂志,2022,38(4):347-353.DOI: 10.3760/cma.j.cn501120-20210421-00145.
    [6] HerskovitzI,HughesOB,MacquhaeF,et al.Epidermal skin grafting[J].Int Wound J,2016,13 Suppl 3:S52-56.DOI: 10.1111/iwj.12631.
    [7] 肖仕初,郑勇军.组织工程皮肤现状与挑战[J].中华烧伤杂志,2020,36(3):166-170.DOI: 10.3760/cma.j.cn501120-20191202-00449.
    [8] De DeckerI, HoeksemaH, VerbelenJ, et al. A single-stage bilayered skin reconstruction using Glyaderm® as an acellular dermal regeneration template results in improved scar quality: an intra-individual randomized controlled trial[J/OL]. Burns Trauma,2023,11:tkad015[2023-05-24].https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37143955/.DOI: 10.1093/burnst/tkad015.
    [9] VigK,ChaudhariA,TripathiS,et al.Advances in skin regeneration using tissue engineering[J].Int J Mol Sci,2017,18(4):789. DOI: 10.3390/ijms18040789.
    [10] 王晓静,王国伟,惠光艳,等.组织工程化皮肤:从形态和功能安全替代的前景[J].中国组织工程研究,2017,21(16):2600-2605.DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.16.024.
    [11] DattaP,AyanB,OzbolatIT.Bioprinting for vascular and vascularized tissue biofabrication[J].Acta Biomater,2017,51:1-20.DOI: 10.1016/j.actbio.2017.01.035.
    [12] DimitrievskaS,NiklasonLE.Historical perspective and future direction of blood vessel developments[J].Cold Spring Harb Perspect Med,2018,8(2):a025742. DOI: 10.1101/cshperspect.a025742.
    [13] RosenfeldD,LandauS,ShandalovY,et al.Morphogenesis of 3D vascular networks is regulated by tensile forces[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2016,113(12):3215-3220.DOI: 10.1073/pnas.1522273113.
    [14] WenZ,ZhouH,ZhouJ,et al.Quantitative evaluation of mechanical stimulation for tissue-engineered blood vessels[J].Tissue Eng Part C Methods,2021,27(5):337-347.DOI: 10.1089/ten.TEC.2021.0007.
    [15] WangX,LiX,LiJ,et al.Mechanical loading stimulates bone angiogenesis through enhancing type H vessel formation and downregulating exosomal miR-214-3p from bone marrow-derived mesenchymal stem cells[J].FASEB J,2021,35(1):e21150.DOI: 10.1096/fj.202001080RR.
    [16] ZhangG, CaoG, GuC, et al. Regulation of vascular branch formation in 3D bioprinted tissues using confining force[J]. Appl Mater Today, 2022, 26:101240.DOI: 10.1016/j.apmt.2021.101240.
    [17] 曹高标 CDC42在牵张力调控3D打印组织血管分支形成中的作用研究 扬州 扬州大学 2022 DOI: 10.27441/d.cnki.gyzdu.2022.001640

    曹高标.CDC42在牵张力调控3D打印组织血管分支形成中的作用研究[D].扬州:扬州大学,2022.DOI:10.27441/d.cnki.gyzdu.2022.001640.

    [18] 林苗远,李豫皖,刘毅,等.组织工程皮肤的研究热点及应用价值[J].中国组织工程研究,2022,26(1):153-159.
    [19] MeuliM,Hartmann-FritschF,HügingM,et al.A cultured autologous dermo-epidermal skin substitute for full-thickness skin defects: a phase I, open, prospective clinical trial in children[J].Plast Reconstr Surg,2019,144(1):188-198.DOI: 10.1097/PRS.0000000000005746.
    [20] AugerFA,GibotL,LacroixD.The pivotal role of vascularization in tissue engineering[J].Annu Rev Biomed Eng,2013,15:177-200.DOI: 10.1146/annurev-bioeng-071812-152428.
    [21] Ben-ShaulS,LandauS,MerdlerU,et al.Mature vessel networks in engineered tissue promote graft-host anastomosis and prevent graft thrombosis[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2019,116(8):2955-2960.DOI: 10.1073/pnas.1814238116.
    [22] HomaeigoharS, LiM, BoccacciniAR. Bioactive glass-based fibrous wound dressings[J/OL]. Burns Trauma,2022,10:tkac038[2023-05-24].https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36196303/. DOI: 10.1093/burnst/tkac038.
    [23] DimopoulosA,MarkatosDN,MitropoulouA,et al.A novel polymeric fibrous microstructured biodegradable small-caliber tubular scaffold for cardiovascular tissue engineering[J].J Mater Sci Mater Med,2021,32(2):21.DOI: 10.1007/s10856-021-06490-1.
    [24] KoleskyDB,HomanKA,Skylar-ScottMA,et al.Three-dimensional bioprinting of thick vascularized tissues[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2016,113(12):3179-3184.DOI: 10.1073/pnas.1521342113.
    [25] 李惠杰,徐雷,钟葳珍,等.光固化3D打印药物制剂技术研究进展[J].中国药学杂志,2021,56(15):1189-1195.DOI: 10.11669/cpj.2021.15.001.
    [26] ChenJ,AlexanderGC,BobbaPS,et al.Recent progress in vascular tissue-engineered blood vessels[J].Adv Exp Med Biol,2018,1064:123-144.DOI: 10.1007/978-981-13-0445-3_8.
    [27] VukicevicM,MosadeghB,MinJK,et al.Cardiac 3D printing and its future directions[J].JACC Cardiovasc Imaging,2017,10(2):171-184.DOI: 10.1016/j.jcmg.2016.12.001.
    [28] ZhangG,VarkeyM,WangZ,et al.ECM concentration and cell-mediated traction forces play a role in vascular network assembly in 3D bioprinted tissue[J].Biotechnol Bioeng,2020,117(4):1148-1158.DOI: 10.1002/bit.27250.
    [29] ZhangG,WangZ,HanF,et al.Mechano-regulation of vascular network formation without branches in 3D bioprinted cell-laden hydrogel constructs[J].Biotechnol Bioeng,2021,118(10):3787-3798.DOI: 10.1002/bit.27854.
    [30] BoardmanR,PangV,MalhiN,et al.Activation of Notch signaling by soluble Dll4 decreases vascular permeability via a cAMP/PKA-dependent pathway[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2019,316(5):H1065-H1075.DOI: 10.1152/ajpheart.00610.2018.
    [31] FouilladeC,Monet-LeprêtreM,Baron-MenguyC,et al.Notch signalling in smooth muscle cells during development and disease[J].Cardiovasc Res,2012,95(2):138-146.DOI: 10.1093/cvr/cvs019.
  • 加载中
图(6)
计量
  • 文章访问数:  2556
  • HTML全文浏览量:  44
  • PDF下载量:  10
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-03

目录

    /

    返回文章
    返回