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3D打印肌肉肌腱單元

2019-04-18 14:38

人體骨骼肌由中間的肌肉部分和兩端的肌腱部分組成，部分骨骼肌擁有多個肌肉肌腱單元（Muscle－Tendon Units，MTUs），相關(guān)研究表明，骨骼肌在進(jìn)行運動時，主要是以肌肉肌腱單元為基本單元進(jìn)行控制的，因此，研究肌肉肌腱單元的各項工作機(jī)理，對骨骼肌的研究有著十分重要的意義。隨著3D打印技術(shù)在組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用，越來越多的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的組織的制造成為可能，美國維克森林大學(xué)Tyler K Merceron等人利用3D打印技術(shù)，進(jìn)行了肌肉肌腱單元的制造。

圖1 肌肉肌腱單元制造（a）肌肉肌腱單元模型（b）肌肉肌腱單元打印步驟

其打印方法如圖1所示。單元整體為方塊結(jié)構(gòu)，如圖（a），其中綠色一側(cè)為肌肉部分，利用熱塑性聚氨酯（PU）作為打印材料；紅色一側(cè)為肌腱部分，利用聚己內(nèi)酯（PCL）作為打印材料。在完成上述兩部分結(jié)構(gòu)的打印后，進(jìn)行細(xì)胞打印，肌肉部分使用了小鼠成肌細(xì)胞（C2C12），用藍(lán)色表示，肌腱部分使用了小鼠成纖維細(xì)胞（NIH／3T3），用白色表示，所用生物墨水為含有透明質(zhì)酸、明膠、纖維蛋白原的復(fù)合水凝膠。

圖2 肌肉肌腱單元細(xì)胞生長狀況

所打印的肌肉肌腱單元結(jié)構(gòu)良好，且肌肉與肌腱連接部分分界清晰，且所打印的肌肉肌腱單元肌肉一側(cè)和肌腱一側(cè)有著明顯的力學(xué)差異。對所打印的肌肉肌腱單元進(jìn)行靜態(tài)培養(yǎng)，并對其中細(xì)胞的生長進(jìn)行觀察（綠色代表成肌細(xì)胞，紅色代表成纖維細(xì)胞），結(jié)果如圖2所示，兩種細(xì)胞生長良好且均出現(xiàn)分化，在肌肉與肌腱連接部分有融合的趨勢。利用3D打印技術(shù)制造的該肌肉肌腱單元，可用于后續(xù)骨骼肌的各項研究。

參考文獻(xiàn)：

Merceron T K ， Burt M ， Seol Y J ， et al． A 3D bioprinted complex structure for engineering the muscle–tendon unit［J］． Biofabrication， 2015， 7（3）：035003．