組織工程的主要挑戰之一在于充足的氧氣和養分供應，尤其是當這些組織的大小超過被動擴散極限時。近日，哈佛大學醫學院Y. Shrike Zhang教授課題組提出了通過共生光合作用來實現從內部對于工程化組織的氧氣供給，其中3D生物打印的單細胞綠藻（萊氏衣藻）結構充當了天然光合氧氣發生器。生物打印的萊氏衣藻結構增強了周邊哺乳動物細胞的活性和功能，同時有效抑制了組織內的低氧條件。有趣的是，在最初的光合作用釋氧期間達到足夠的動物細胞密度之后，打印的萊氏衣藻結構可以被從組織基質中有效的酶促去除，隨后將形成的空心可灌注微通道內皮化，從而獲得血管化的動物組織。在本文工作中，萊氏衣藻與人類細胞共培養的可行性、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、成本效益高且可持續氧氣來源的探索，預期將會促進組織工程、組織模型工程及食品工程等各領域的發展。
圖1. 3D生物打印萊氏衣藻結構及其光合氧氣釋放。
圖2. A. 共培養條件下3D生物打印衣藻結構對類肝臟組織氧氣含量的影響。B. 3D生物打印衣藻結構在類肝臟組織內的酶促降解及空心管道的形成。C. 管道內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醫學院擔任助理教授，2013年和2011年于Georgia Institute of Technology和Washington University in St. Louis生物醫學工程系取得博士和碩士學位。研究領域包括生物打印及器官芯片平臺的搭建與應用研究，在相關領域發表研究論文及綜述200余篇，包括以第一或通訊作者發表的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性獎項40余項。課題組網頁：https://shrikezhang.com/
