- 2020 年 04 月 06 日
药物性肝损伤的胶原蛋白模型
胶原蛋白有助于组织结构、细胞间相互作用和细胞重组，广泛用于组织工程研究。其丰富的结合位点、易于凝胶化和有吸引力的降解特性使其成为大多数组织模型（包括肝脏）的多功能生物墨水。
在最近的一项研究中，CELLINK 科学家团队对胶原蛋白“小型肝脏”进行了生物打印，以评估药物性肝损伤 (DILI)，这是导致急性肝功能衰竭、肝炎和纤维化的主要原因。1 本研究之所以选择 I 型胶原是因为它在肝组织中的含量高，并且在 3D 细胞培养中具有良好的特性3 此外，胶原蛋白的均匀交联和液滴打印能力是其他生物材料无法比拟的。微型肝模型由多种肝和非肝细胞类型组成，包括 HepG2、LX2 和 HUVEC，以模拟肝功能，例如白蛋白分泌、脂质积累和丙氨酸氨基转移酶活性（肝损伤的已知标志物）。每个模型由一个载有细胞的 I 型胶原蛋白液滴组成，在另一个载有细胞的 I 型胶原蛋白液滴内。采用液滴包埋是因为它产生了具有相关营养和氧梯度的高功能性肝脏模型。封装还提供了一个独特的机会来研究细胞通信、控制细胞排列并允许组织层之间具有不同的刚度。
对肝毒性的评估表明，小型肝脏模型对高剂量的对乙酰氨基酚和氟他胺有不良反应，这些药物与 DILI 相关。这些结果表明，小型肝脏模型可以用于药物筛选，作为药物毒性的准确预测指标，并作为动物研究、2D 细胞培养和器官芯片模型的高通量替代方案。
胶原蛋白的多功能性使其成为其他许多研究的首选生物墨水。例如，在研究肝损伤和炎症时，胶原蛋白的降解模式或流变学特性可能会引起人们的兴趣。后者与肝脏的压痛和肿大有关，可以为未来的研究提供依据，模拟不同阶段的纤维化，并评估不同刚度组织中的细胞迁移。
胶原蛋白生物打印
尽管胶原蛋白具有多种功能，但它是一种众所周知的性质不稳定的生物材料，对温度、压力和流变学的变化非常敏感。以下是其中一些办法：
- 将低粘度的胶原蛋白与增稠剂或其他生物材料（如藻酸盐）结合
- 在新鲜的 LifeSupport 或类似的微粒浆料中打印低粘度胶原蛋白
- 可考虑 ColMA，一种光交联的胶原蛋白，以增强机械刚度和适印性
- 使用温度控制打印头生物打印或液滴打印胶原蛋白
作为体内最突出的蛋白质之一，胶原蛋白在组织工程研究中发挥着重要作用。从重建部分人类心脏 2，到用细胞毒性 T 细胞靶向肿瘤 4，再到发现抗衰老机制，潜在的研究应用有很多。您可以尽情想象，并给我们展示的机会，您会用胶原蛋白打印什么呢？
参考文献
- David, S., and Hamilton, J. P. Drug-induced Liver Injury. S. Gastroenterology & Hepatology Review. 2010; 6: 73–80.
- Lee, A., Hudson, A.R., Shiwarski, D.J., et al. 3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart. 2019; 365(6452): 482–487.
- Martinez-Hernandez, A., and Amenta, P. S. The hepatic extracellular matrix. I. Components and distribution in normal liver. Virchows Archiv. A pathological anatomy and histopathology. 1993; 423(1): 1–11.
- Pruitt, H. C., Lewis, D., Ciccaglione, M., et al. Collagen fiber structure guides 3D motility of cytotoxic T lymphocytes. Matrix Biology: Journal of the International Society for Matrix Biology. 2020; 85-86: 147–159.
