生物3D器官打印——肠道体外模型

近几年，随着对实验伦理的逐渐重视，尽量避免不必要的动物实验已成为许多实验室制定实验方案的标准之一。同时，为了保证实验数据的真实、准确及充足，使用动物以外的体外模型开始为人们所重视。然而直到目前，标准化的操作方案依旧稀缺，这使得广大的科学工作者缺乏既定规范，进而拖慢实验进度，实验结果也无法被广泛接受。

另一方面，尽管针对于毒性测试的真皮模型已经得到验证，但对于与药物吸收相关的器官诸如肺、肠等的报道仍然缺乏。

在此背景下，伍伦贡大学副教授Jeremy Micah Crook在其主编的3D Bioprinting一书第13章中，就使用3D打印机构建肠道（除此以外还包括肺泡和支气管）体外模型制定了详细、全面的规程（Protocol），为广大科研工作者提供方案参考。 

Fig.1 3D Bioprinting第13章

章节作者Manuela等人选用Caco-2肠上皮细胞系作为肠体外模型的细胞原料。该细胞系源自结肠癌，在培养过程中经过自发分化，成为了具有形态学表达和功能特征的成熟肠上皮细胞。为了使细胞能够得到良好的附着，规程建议先打印一层细胞基底。而胶原蛋白I型作为哺乳动物体内最常见的蛋白质，被规程推荐作为细胞基底材料。

打印设备的选择往往是生物3D打印过程的关键，优秀的设备不但能够满足科研工作者的要求，还能额外减少工作负担、提升工作效率。为保证实验过程的可靠性和通用性，作者选用了瑞士公司regenHU所生产的生物3D打印机——3D Discovery™（配原厂生物安全柜款）。同时，为保证细胞在打印过程中的活性，同时选购了3副regenHU细胞亲和性打印头（CF-300N）和细胞搅拌器。通过在细胞亲和性打印头上配备微型阀，能够最大程度降低传统喷墨打印中切向力对细胞造成的伤害，从而实现最高达95%的细胞存活率。细胞搅拌器则能够防止长时间打印过程中的细胞在料仓中沉淀。于此同时，3D Discovery™随机配备的生物安全柜能够保证实验全程的无菌环境，与打印机配套的人机交互软件HMI、建模软件BioCAD™则给科研工作者提供了稳定、全方面的仪器使用体验。

Fig.1 a) 3D Discovery™仪器主体，包括生物安全柜、主机、人机交互软件 (HMI); b) 打印头，包括3副细胞亲和性打印头、1副传统气动挤压打印头、墨盒冷却配件、细胞搅拌器等。

在规程的最后，作者也提供了许多表征方法，如乳酸脱氢酶测定细胞成活率、跨膜组织测定上皮组织贴片是否形成、细胞染色并进行共聚焦成像确认细胞形态等，详细的方法在书中均有详细介绍。

Fig.2 使用DAPI和鬼笔环肽分别对细胞核（青色）和纤维状肌动蛋白（洋红）进行染色后使用共聚焦显微镜成像

详细的步骤和内容为正要和即将进行类似实验的科研工作者提供了便利，正如作者所言，该规程对于高通量的药物毒性筛选和药物药效评价非常有效。但另一方面，该规程提供的案例仍然停留在单层细胞层面，具有厚度的组织贴片乃至完整的组织打印仍然需要不断的尝试，而这也是regenHU生物3D打印机的目标。

目前，regenHU产品可经由我司购买。regenHU生物3D打印机具有高精度、高稳定性、打印方式广泛、应用面广等特点，欢迎大家咨询！联系电话021-37827858 或 13818273779（微信同号）。

参考文献：

[1] Estermann M., Bisig C., Septiadi D., Petri-Fink A., Rothen-Rutishauser B. (2020) Bioprinting for Human Respiratory and Gastrointestinal In Vitro Models. In: Crook J. (eds) 3D Bioprinting. Methods in Molecular Biology, vol 2140. Humana, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-0520-2_13