3D打印細(xì)胞負(fù)載水凝膠支架優(yōu)化控制研究.pdf

1、細(xì)胞在三維環(huán)境中的形態(tài)、功能、基因表達(dá)等生理特性與在二維平面培養(yǎng)條件下存在顯著差異，構(gòu)建三維組織工程支架對于組織器官再生具有重要意義。水凝膠是一種極適于構(gòu)架三維組織工程支架的材料，因其具有親水且生物相容、生物可降解，以及包裹細(xì)胞的能力。生物三維打印技術(shù)能裝配細(xì)胞/水凝膠，在體外構(gòu)建內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的細(xì)胞負(fù)載水凝膠支架，滿足組織形成對幾何、機(jī)械、流體運(yùn)輸?shù)鹊奶厥庖?。但由于水凝膠多變的理化特性，實(shí)際打印的支架結(jié)構(gòu)形態(tài)難以精準(zhǔn)匹配設(shè)計(jì)值，而支架

2、的局部或整體變化會(huì)對其所具有的幾何、機(jī)械及液體傳輸特性產(chǎn)生較大影響，影響細(xì)胞活性與功能。按照預(yù)設(shè)參數(shù)精準(zhǔn)制備支架，提高支架的可控性和可重復(fù)性，對組織工程研究有重要意義。
　　本文首先對組織工程支架制備及水凝膠三維打印技術(shù)的現(xiàn)狀和進(jìn)展做了簡要綜述，結(jié)合三維打印工藝優(yōu)化分析，探討了光學(xué)相關(guān)層析成像技術(shù)在三維打印整體優(yōu)化控制研究中的應(yīng)用潛能及前景。優(yōu)化了現(xiàn)有的打印參數(shù)可控的生物三維打印平臺(tái)，并設(shè)計(jì)搭建了基于掃頻OCT成像的生物三維打印細(xì)

3、胞負(fù)載水凝膠支架定量分析系統(tǒng)。
　　分別探討不同水凝膠材料的性質(zhì)及打印模型的設(shè)計(jì)要求；構(gòu)建了6種不同幾何結(jié)構(gòu)的支架模型，將明膠/海藻酸納混合液定位裝配成三維組織模型；利用 OCT無損成像技術(shù)，定量表征分析支架的結(jié)構(gòu)參數(shù)，比較實(shí)際打印結(jié)果與預(yù)設(shè)參數(shù)的差異；結(jié)合差異相關(guān)分析和三維打印工藝過程優(yōu)化，選擇兩組支架，通過迭代方法降低打印支架與設(shè)計(jì)的形態(tài)差異；驗(yàn)證該優(yōu)化控制系統(tǒng)對精準(zhǔn)制備細(xì)胞/水凝膠支架的改善效果。
　　研究結(jié)果表明，基

4、于光學(xué)相關(guān)層析成像技術(shù)無損在線定量表征分析評價(jià)水凝膠支架形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)，反饋迭代優(yōu)化打印參數(shù)設(shè)置，指導(dǎo)打印過程，使得細(xì)胞負(fù)載水凝膠支架的結(jié)構(gòu)形態(tài)參數(shù)與設(shè)計(jì)值的偏差從40％左右控制到7%以內(nèi)，細(xì)胞培養(yǎng)兩周后的存活率從80%左右顯著提高到90%以上，水凝膠內(nèi)細(xì)胞的形態(tài)利于組織形成。表明該系統(tǒng)為表征組織工程支架、控制生物三維打印過程、監(jiān)測組織工程等提供極具潛力的精準(zhǔn)化研究工具。有助于推動(dòng)功能OCT技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)組織工程、細(xì)胞三維打印檢測和反饋