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  組織工程的主要挑戰(zhàn)之一在于充足的氧氣和養(yǎng)分供應(yīng)，尤其是當(dāng)這些組織的大小超過被動擴(kuò)散極限時。近日，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Y. Shrike Zhang教授課題組提出了通過共生光合作用來實現(xiàn)從內(nèi)部對于工程化組織的氧氣供給，其中3D生物打印的單細(xì)胞綠藻（萊氏衣藻）結(jié)構(gòu)充當(dāng)了天然光合氧氣發(fā)生器。生物打印的萊氏衣藻結(jié)構(gòu)增強了周邊哺乳動物細(xì)胞的活性和功能，同時有效抑制了組織內(nèi)的低氧條件。有趣的是，在最初的光合作用釋氧期間達(dá)到足夠的動物細(xì)胞密度之后，打印的萊氏衣藻結(jié)構(gòu)可以被從組織基質(zhì)中有效的酶促去除，隨后將形成的空心可灌注微通道內(nèi)皮化，從而獲得血管化的動物組織。在本文工作中，萊氏衣藻與人類細(xì)胞共培養(yǎng)的可行性、犧牲式生物墨水的可打印性和酶促降解性、以及對萊氏衣藻作為全天然、純生態(tài)、成本效益高且可持續(xù)氧氣來源的探索，預(yù)期將會促進(jìn)組織工程、組織模型工程及食品工程等各領(lǐng)域的發(fā)展。

圖1. 3D生物打印萊氏衣藻結(jié)構(gòu)及其光合氧氣釋放。

圖2. A. 共培養(yǎng)條件下3D生物打印衣藻結(jié)構(gòu)對類肝臟組織氧氣含量的影響。B. 3D生物打印衣藻結(jié)構(gòu)在類肝臟組織內(nèi)的酶促降解及空心管道的形成。C. 管道內(nèi)皮化促使血管化類肝臟組織的形成。

  該研究成果以“Bionic Photosynthetic Oxygenation within 3D-Bioprinted Vascularized Tissues”為題發(fā)表在Cell子刊Matter上。Y. Shrike Zhang教授為本文的通訊作者。

  論文鏈接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(20)30576-2

作者簡介

  Y. Shrike Zhang博士于美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院擔(dān)任助理教授，2013年和2011年于Georgia Institute of Technology和Washington University in St. Louis生物醫(yī)學(xué)工程系取得博士和碩士學(xué)位。研究領(lǐng)域包括生物打印及器官芯片平臺的搭建與應(yīng)用研究，在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表研究論文及綜述200余篇，包括以第一或通訊作者發(fā)表的PNAS、Science、Nat. Rev. Mater.、Matter、Nat. Commun.、Nat. Protoc.、Adv. Mater.、ACS Nano、Angew. Chem. Int. Ed.、Biomaterials 等，其中超過40篇封面文章；研究成果曾被BBC、Fox News、The Boston Globe/STAT News、Science Daily、Technology Networks、IEEE Spectrum、C&EN、《科技日報》等報道。擔(dān)任十余本雜志的主編、副主編或編委，曾獲得多種國際和地區(qū)性獎項40余項。課題組網(wǎng)頁：https://shrikezhang.com/