数字光处理技术能够将水凝胶塑形为波浪状的3D支架，从而支持角膜边缘上皮组织的生长与结构形成

《Acta Biomaterialia》：Digital Light Processing programs shape-morphing hydrogels into undulating 3D scaffolds supporting corneal limbal epithelial organization

　　

伊奥annis Paschalidis | 弗朗索瓦·沙泰兰 | 雷米·阿尼埃尔 | 克里斯托夫·桑特 | 达米安·吉诺莱 | 萨布丽娜·凯卢什 | 亚历山德拉·富克斯 | 贝努瓦·苏凯 | 埃里克·加比松

摘要

角膜作为眼睛的透明保护屏障，其上皮细胞的稳态和更新在很大程度上依赖于位于角膜缘特化微环境中的角膜缘上皮干细胞。虽然已经建立了先进的体外模型来模拟这种微环境，但大多数模型技术要求较高，需要多步骤制备过程，限制了其可扩展性。我们开发了一种简单快速的策略，利用形状可变的水凝胶技术制备具有波动表面的3D支架。这种光固化生物墨水由甲基化胶原蛋白、透明质酸和丝素纤维蛋白组成，通过灰度紫外线投影进行图案化处理。数字光处理技术实现了单步过程中的空间可控交联密度调节。在37°C下，水凝胶通过不同的收缩动力学形成波动表面：暴露于较低紫外线剂量的区域体积减小，而暴露于较高紫外线剂量的区域则保持稳定。添加丝素纤维蛋白对于实现温度依赖性的形状变化以及维持角膜上皮细胞的黏附和生长至关重要。这些波动支架在培养条件下至少能支持上皮细胞的三周分层生长。模型成功再现了生理相关的角膜机械转导和上皮细胞顶端-基底组织结构，其中核因子YAP主要分布在柔软区域，P63阳性的前体细胞富集在基底层，PAX6阳性的分化细胞位于顶端层。此外，上皮细胞的逐渐成熟还表现为CK3表达增加、紧密连接的形成以及基底膜的沉积。

意义声明

Paschalidis等人的这项工作具有双重意义。首先，他们提出了一种创新、简单且一步完成的生物打印方法，用于制备具有复杂表面的3D支架。通过数字光处理技术，含有丝素纤维蛋白的光固化生物墨水受到空间非均匀的紫外线照射，从而实现支架内交联密度的差异化调控，进而实现可编程的形状变化。其次，他们将这种方法应用于构建能够模拟角膜缘上皮干细胞微环境特征的先进角膜模型，这种模型具有波动表面结构。这不仅满足了人类疾病建模和临床前测试的关键需求，还减少了动物实验的必要性。所制备的模型能够在培养条件下维持三周，准确再现了生理上的上皮组织结构：基底层表达前体细胞相关标志物，顶端层则表达表明屏障功能的细胞分化标志物。